CN112636697B - 一种具有深回退区间的Doherty功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有深回退区间的Doherty功率放大器，属于射频功率放大器技术领域，解决了现有的Doherty功率放大器的回退区间较窄造成的工作效率较差的问题。该Doherty功率放大器中第一功分器的第一输出端连接载波功率放大电路的输入端，第一功分器的第二输出端连接第一峰值功率放大电路的输入端；第二功分器的输入端连接第一峰值功率放大电路的输出端，第二功分器的第一输出端同时连接载波功率放大电路的输出端和后匹配网络的输入端，第二功分器的第二输出端连接第二峰值功率放大电路的输入端，第二峰值功率放大电路的输出端连接后匹配网络的输入端。实现了输入功率信号的放大，具有较深的回退区间。
Description
技术领域
本发明涉及射频功率放大器技术领域，尤其涉及一种具有深回退区间的Doherty功率放大器。
背景技术
随着移动通信技术的不断演进，通信系统对功率放大器的线性度和效率的要求不断提高。为了满足需求，射频IC行业不断提出新的结构来提高功率放大器的线性度和效率。其中Doherty结构具有较高的功率回退效率，且线性度较好，结构简单，因此在移动通信领域备受瞩目。
图1为传统的Doherty功率放大器的结构图，其回退区间为6dB，造成Doherty功率放大器的工作效率较差，远远不能满足当前移动通信系统的发展需要。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种具有深回退区间的Doherty功率放大器，用以解决现有的Doherty功率放大器的回退区间较窄造成的工作效率较差的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种具有深回退区间的Doherty功率放大器，包括第一功分器、第二功分器、载波功率放大电路、第一峰值功率放大电路、第二峰值功率放大电路和后匹配网络；其中，
所述第一功分器的第一输出端连接载波功率放大电路的输入端，第一功分器的第二输出端连接第一峰值功率放大电路的输入端；所述第二功分器的输入端连接第一峰值功率放大电路的输出端，第二功分器的第一输出端同时连接载波功率放大电路的输出端和后匹配网络的输入端，第二功分器的第二输出端连接第二峰值功率放大电路的输入端，所述第二峰值功率放大电路的输出端连接后匹配网络的输入端；
第一功分器的输入端输入第一功率信号时，所述载波功率放大电路实现所述第一功率信号的放大；
第一功分器的输入端输入第二功率信号时，当所述第一峰值功率放大电路的输入信号达到开启阈值时，由载波功率放大电路与第一峰值功率放大电路共同实现所述第二功率信号的放大；当所述第二峰值功率放大电路的输入信号达到开启阈值时，由载波功率放大电路、第一峰值功率放大电路和第二峰值功率放大电路共同实现所述第二功率信号的放大。
进一步，所述第一峰值功率放大电路和第二峰值功率放大电路均包括峰值功率输入匹配网络、峰值功率晶体管和峰值功率输出匹配网络；其中，
所述峰值功率输入匹配网络的输入端为第一峰值功率放大电路或第二峰值功率放大电路的输入端，峰值功率输入匹配网络的输出端连接峰值功率晶体管的栅极，峰值功率晶体管的源极接地，峰值功率晶体管的漏极连接峰值功率输出匹配网络的输入端，峰值功率输出匹配网络的输出端为第一峰值功率放大电路或第二峰值功率放大电路的输出端。
进一步，所述载波功率放大电路包括载波功率输入匹配网络、载波功率晶体管和载波功率输出匹配网络；其中，
所述载波功率输入匹配网络的输入端为载波功率放大电路的输入端，载波功率输入匹配网络的输出端连接载波功率晶体管的栅极，载波功率晶体管的源极接地，载波功率晶体管的漏极连接载波功率输出匹配网络的输入端，载波功率输出匹配网络的输出端为载波功率放大电路的输出端。
进一步，还包括第一微带线，所述第一微带线连接在第二功分器的第一输出端与后匹配网络的输入端之间，用于实现载波功率晶体管在回退区间的提前饱和。
进一步，还包括第二微带线，所述第二微带线连接在第二功分器的第二输出端与第二峰值功率放大电路的输入端之间，用于载波功率晶体管与第二峰值功率晶体管之间的相位补偿。
进一步，还包括第三微带线，所述第三微带线连接在第二峰值功率放大电路的输出端与后匹配网络的输入端之间，用于在第二峰值功率晶体管未开启时为高阻状态。
进一步，所述第一微带线的特征阻抗为10欧姆，所述第二微带线的特征阻抗为28欧姆，所述第三微带线的特征阻抗为20欧姆。
进一步，所述第一功分器的特征阻抗、输入端口阻抗、第一输出端口阻抗和第二输出端口阻抗均为50欧姆。
进一步，所述第二功分器的特征阻抗和输入端口阻抗均为20欧姆，第二功分器的第一输出端口阻抗为14.3欧姆，第二功分器的第二输出端口阻抗为28欧姆。
进一步，所述载波功率晶体管为AB类功率放大器，所述峰值功率晶体管为C类功率放大器。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
1、一种具有深回退区间的Doherty功率放大器，在第一功分器的输入端输入第一功率信号时，载波功率放大电路实现第一功率信号的放大。在第一功分器的输入端输入第二功率信号时，首先第一峰值功率晶体管开启，由载波功率放大电路和第一峰值功率放大电路共同实现第二功率信号的放大，当达到第二峰值功率晶体管的开启阈值时，由载波功率放大电路、第一峰值功率放大电路和第二峰值功率放大电路共同实现第二功率信号的放大，有效提高Doherty功率放大器的回退区间，将回退区间由传统Doherty功率放大器的6dB提高至15dB，提高了对输入信号的放大效率。
2、通过第二功分器与第二峰值功率放大器的相互配合，为Doherty功率放大器提供了第二次负载调制，增大了回退区间，使得Doherty功率放大器的工作效率更高。
3、通过第一微带线实现了载波功率晶体管在回退区间的提前饱和，第二微带线实现了载波功率晶体管与第二峰值功率晶体管之间的相位补偿，第三微带线使得第二峰值功率晶体管在未开启时为高阻状态，为Doherty功率放大器的运行提供了可靠保障。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为传统的Doherty功率放大器结构图；
图2为一个实施例中具有深回退区间的Doherty功率放大器结构图；
图3为传统Doherty功率放大器实例的效率随输出功率变化的曲线图；
图4为一个实施例中具有深回退区间的Doherty功率放大器的效率随输出功率变化的曲线图；
附图标记：
100-第一功分器，200-载波功率放大电路，300-第一峰值功率放大电路，400-第二功分器，500-第一微带线，600-第二微带线，700-第二峰值功率放大电路；800-第三微带线，900-后匹配网络。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
传统的Doherty功率放大器的结构图，其回退区间为6dB，造成Doherty功率放大器的工作效率较差，远远不能满足当前移动通信系统的发展需要。为此，本申请提出了一种具有深回退区间的Doherty功率放大器，在第一功分器的输入端输入不同的功率信号时，由不同的功率放大电路实现输入功率信号的放大，该Doherty功率放大器结构简单，易于实施，具有较深的回退区间，同时提高了对输入信号的放大效率。
本发明的一个具体实施例，公开了一种具有深回退区间的Doherty功率放大器，如图2所示，包括第一功分器100、第二功分器400、载波功率放大电路200、第一峰值功率放大电路300、第二峰值功率放大电路700和后匹配网络900；其中，第一功分器的第一输出端连接载波功率放大电路的输入端，第一功分器的第二输出端连接第一峰值功率放大电路的输入端；第二功分器的输入端连接第一峰值功率放大电路的输出端，第二功分器的第一输出端同时连接载波功率放大电路的输出端和后匹配网络的输入端，第二功分器的第二输出端连接第二峰值功率放大电路的输入端，第二峰值功率放大电路的输出端连接后匹配网络的输入端。
具体来说，第一功分器的作用是将其输入端口输入的功率信号按照1:1分别输出至载波功率放大电路和第一峰值功率放大电路，其中，第一功分器的特征阻抗、输入端口阻抗、第一输出端口阻抗和第二输出端口阻抗均为50欧姆。第二功分器的作用是将第一峰值功率放大电路输出的功率信号按照2:1发送至第一微带线支路和第二峰值功率放大电路。第二功分器的特征阻抗和输入端口阻抗均为20欧姆，第二功分器的第一输出端口阻抗为14.3欧姆，第二功分器的第二输出端口阻抗为28欧姆。
实施时，第一功分器的输入端输入第一功率信号时，载波功率放大电路实现所述第一功率信号的放大；第一功分器的输入端输入第二功率信号时，当第一峰值功率放大电路的输入信号达到开启阈值时，由载波功率放大电路与第一峰值功率放大电路共同实现所述第二功率信号的放大；当第二峰值功率放大电路的输入信号达到开启阈值时，由载波功率放大电路、第一峰值功率放大电路和第二峰值功率放大电路共同实现所述第二功率信号的放大。具体来说，对于第一功分器的输入端输入的功率信号，当该功率信号小于第一峰值功率放大电路中峰值功率晶体管的开启阈值时，即为第一功率信号，也为低功率信号；当输入第一功分器输入端的功率信号大于第一峰值功率放大电路中峰值功率晶体管的开启阈值时，即为第二功率信号，也为高功率信号。
与现有技术相比，本实施例提供的一种具有深回退区间的Doherty功率放大器，在第一功分器的输入端输入第一功率信号时，载波功率放大电路实现第一功率信号的放大。在第一功分器的输入端输入第二功率信号时，首先第一峰值功率晶体管开启，由载波功率放大电路和第一峰值功率放大电路共同实现第二功率信号的放大，当达到第二峰值功率晶体管的开启阈值时，由载波功率放大电路、第一峰值功率放大电路和第二峰值功率放大电路共同实现第二功率信号的放大，有效提高Doherty功率放大器的回退区间，将回退区间由传统Doherty功率放大器的6dB提高至15dB，提高了对输入信号的放大效率。
优选地，第一峰值功率放大电路和第二峰值功率放大电路均包括峰值功率输入匹配网络、峰值功率晶体管和峰值功率输出匹配网络；其中，峰值功率输入匹配网络的输入端为第一峰值功率放大电路或第二峰值功率放大电路的输入端，峰值功率输入匹配网络的输出端连接峰值功率晶体管的栅极，峰值功率晶体管的源极接地，峰值功率晶体管的漏极连接峰值功率输出匹配网络的输入端，峰值功率输出匹配网络的输出端为第一峰值功率放大电路或第二峰值功率放大电路的输出端。
具体来说，第一峰值功率放大电路由峰值功率输入匹配网络、峰值功率晶体管和峰值功率输出匹配网络组成。其中，峰值功率输入匹配网络的输入端作为第一峰值功率放大器电路的输入端，与前述第一功分器的第二输出端口相连。峰值功率晶体管偏置在C类，为C类功率放大器，其栅宽是前述载波功率放大电路中载波功率晶体管栅宽的3倍。峰值功率输入匹配网络完成峰值功率晶体管的源阻抗到50Ω的匹配，源阻抗由ADS软件的Soursepull功能得到；峰值功率输出匹配网络完成峰值功率晶体管的负载阻抗到20Ω的匹配，负载阻抗由ADS软件的Loadpull功能得到。
第二峰值功率放大电路由峰值功率输入匹配网络、峰值功率晶体管和峰值功率输出匹配网络组成。峰值功率输入匹配网络的输入端作为第二峰值功率放大电路的输入端，与前述第二功分器的第二输出端口相连。该峰值功率晶体管与第一峰值功率放大电路中的峰值功率晶体管相同，也偏置在C类，为C类功率放大器，其栅宽是前述载波功率晶体管栅宽的3倍；峰值功率输入匹配网络完成峰值功率晶体管的源阻抗到28Ω的匹配，源阻抗由ADS软件的Soursepull功能得到；峰值功率输出匹配网络完成峰值功率晶体管的负载阻抗到20Ω的匹配，负载阻抗由ADS软件的Loadpull功能得到。
通过第二功分器与第二峰值功率放大器的相互配合，为Doherty功率放大器提供了第二次负载调制，增大了回退区间，使得Doherty功率放大器的工作效率更高。
优选地，载波功率放大电路包括载波功率输入匹配网络、载波功率晶体管和载波功率输出匹配网络；其中，载波功率输入匹配网络的输入端为载波功率放大电路的输入端，载波功率输入匹配网络的输出端连接载波功率晶体管的栅极，载波功率晶体管的源极接地，载波功率晶体管的漏极连接载波功率输出匹配网络的输入端，载波功率输出匹配网络的输出端为载波功率放大电路的输出端。
具体来说，载波功率放大电路由载波功率输入匹配网络、载波功率晶体管和载波功率输出匹配网络组成。载波功率输入匹配网络的输入端作为载波功率放大电路的输入端，与前述第一功分器的第一输出端口相连。载波功率晶体管偏置在AB类，为AB类功率放大器。载波功率输入匹配网络完成载波功率晶体管的源阻抗到50Ω的匹配，源阻抗由ADS软件的Soursepull功能得出；载波功率输出匹配网络完成载波功率晶体管的负载阻抗到60Ω的匹配，负载阻抗由ADS软件的Loadpull功能得出。其中，前述载波功率输出匹配网络还能够实现：当第二峰值功率放大电路中的峰值功率晶体管未开启时，使得载波功率放大电路在其自身饱和功率的3dB回退处提前饱和；当第一峰值功率放大电路中的峰值功率晶体管未开启时，使得载波功率放大电路在整体饱和功率的15dB回退处提前饱和。
优选地，还包括第一微带线500，第一微带线连接在第二功分器的第一输出端与后匹配网络的输入端之间，用于实现载波功率晶体管在回退区间的提前饱和。第一微带线的特征阻抗为10欧姆。
优选地，还包括第二微带线600，第二微带线连接在第二功分器的第二输出端与第二峰值功率放大电路的输入端之间，用于载波功率晶体管与第二峰值功率晶体管之间的相位补偿。第二微带线的特征阻抗为28欧姆，电长度值约为90°，由ADS软件调整确定。
优选地，还包括第三微带线800，第三微带线连接在第二峰值功率放大电路的输出端与后匹配网络的输入端之间，用于在第二峰值功率晶体管未开启时为高阻状态。第三微带线的特征阻抗为20欧姆，电长度约为90°，由ADS软件调整确定。
通过第一微带线实现了载波功率晶体管在回退区间的提前饱和，第二微带线实现了载波功率晶体管与第二峰值功率晶体管之间的相位补偿，第三微带线使得第二峰值功率晶体管在未开启时为高阻状态，为Doherty功率放大器的运行提供了可靠保障。
图3为传统Doherty功率放大器实例的效率随输出功率变化的曲线图，横坐标为输出功率，单位为dBm，纵坐标为功率附加效率(PAE)，单位为％，该传统Doherty功率放大器工作在5GHz的频率下。
图4为本申请的具有深回退区间的Doherty功率放大器的效率随输出功率变化的曲线图，横坐标为输出功率，单位为dBm，纵坐标为功率附加效率(PAE)，单位为％，该功率放大器工作在5GHz的频率下。与传统Doherty功率放大器相比，可以看出本申请中的Doherty功率放大器在回退区间效率有明显的提高，在当前通信系统发展的背景下拥有广阔的应用前景。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有深回退区间的Doherty功率放大器，其特征在于，包括第一功分器、第二功分器、载波功率放大电路、第一峰值功率放大电路、第二峰值功率放大电路和后匹配网络；其中，
所述第一功分器的第一输出端连接载波功率放大电路的输入端，第一功分器的第二输出端连接第一峰值功率放大电路的输入端；所述第二功分器的输入端连接第一峰值功率放大电路的输出端，第二功分器的第一输出端同时连接载波功率放大电路的输出端和后匹配网络的输入端，第二功分器的第二输出端连接第二峰值功率放大电路的输入端，所述第二峰值功率放大电路的输出端连接后匹配网络的输入端；
第一功分器的输入端输入第一功率信号时，所述载波功率放大电路实现所述第一功率信号的放大；
第一功分器的输入端输入第二功率信号时，当所述第一峰值功率放大电路的输入信号达到开启阈值时，由载波功率放大电路与第一峰值功率放大电路共同实现所述第二功率信号的放大；当所述第二峰值功率放大电路的输入信号达到开启阈值时，由载波功率放大电路、第一峰值功率放大电路和第二峰值功率放大电路共同实现所述第二功率信号的放大。
2.根据权利要求1所述的具有深回退区间的Doherty功率放大器，其特征在于，所述第一峰值功率放大电路和第二峰值功率放大电路均包括峰值功率输入匹配网络、峰值功率晶体管和峰值功率输出匹配网络；其中，
所述峰值功率输入匹配网络的输入端为第一峰值功率放大电路或第二峰值功率放大电路的输入端，峰值功率输入匹配网络的输出端连接峰值功率晶体管的栅极，峰值功率晶体管的源极接地，峰值功率晶体管的漏极连接峰值功率输出匹配网络的输入端，峰值功率输出匹配网络的输出端为第一峰值功率放大电路或第二峰值功率放大电路的输出端。
3.根据权利要求2所述的具有深回退区间的Doherty功率放大器，其特征在于，所述载波功率放大电路包括载波功率输入匹配网络、载波功率晶体管和载波功率输出匹配网络；其中，
所述载波功率输入匹配网络的输入端为载波功率放大电路的输入端，载波功率输入匹配网络的输出端连接载波功率晶体管的栅极，载波功率晶体管的源极接地，载波功率晶体管的漏极连接载波功率输出匹配网络的输入端，载波功率输出匹配网络的输出端为载波功率放大电路的输出端。
4.根据权利要求3所述的具有深回退区间的Doherty功率放大器，其特征在于，还包括第一微带线，所述第一微带线连接在第二功分器的第一输出端与后匹配网络的输入端之间，用于实现载波功率晶体管在回退区间的提前饱和。
5.根据权利要求4所述的具有深回退区间的Doherty功率放大器，其特征在于，还包括第二微带线，所述第二微带线连接在第二功分器的第二输出端与第二峰值功率放大电路的输入端之间，用于载波功率晶体管与第二峰值功率晶体管之间的相位补偿。
6.根据权利要求5所述的具有深回退区间的Doherty功率放大器，其特征在于，还包括第三微带线，所述第三微带线连接在第二峰值功率放大电路的输出端与后匹配网络的输入端之间，用于在第二峰值功率晶体管未开启时为高阻状态。
7.根据权利要求6所述的具有深回退区间的Doherty功率放大器，其特征在于，所述第一微带线的特征阻抗为10欧姆，所述第二微带线的特征阻抗为28欧姆，所述第三微带线的特征阻抗为20欧姆。
8.根据权利要求1所述的具有深回退区间的Doherty功率放大器，其特征在于，所述第一功分器的特征阻抗、输入端口阻抗、第一输出端口阻抗和第二输出端口阻抗均为50欧姆。
9.根据权利要求8所述的具有深回退区间的Doherty功率放大器，其特征在于，所述第二功分器的特征阻抗和输入端口阻抗均为20欧姆，第二功分器的第一输出端口阻抗为14.3欧姆，第二功分器的第二输出端口阻抗为28欧姆。
10.根据权利要求7所述的具有深回退区间的Doherty功率放大器，其特征在于，所述载波功率晶体管为AB类功率放大器，所述峰值功率晶体管为C类功率放大器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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