CN113014205A - 一种非对称Doherty功率放大器及其匹配电路和匹配电路的实现方法 - Google Patents

一种非对称Doherty功率放大器及其匹配电路和匹配电路的实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种非对称Doherty功率放大器及其匹配电路和匹配电路的实现方法，所述匹配电路包括：主路输出匹配电路，辅路输出匹配电路，主路阻抗匹配电路和合路阻抗匹配电路，主路阻抗匹配电路的特征阻抗为：
Figure DDA0002325364100000011
合路阻抗匹配电路的特征阻抗为：
Figure DDA0002325364100000012
本发明通过调整放大器的主路阻抗匹配电路和合路阻抗匹配电路，使主路和辅路的输出同时匹配到系统阻抗的同时实现Doherty的正常工作，便于在实际应用中的调试和测试。

Description

一种非对称Doherty功率放大器及其匹配电路和匹配电路的 实现方法
技术领域
本发明属于Doherty功率放大器技术领域，具体涉及一种非对称Doherty功率放大器及其匹配电路和匹配电路的实现方法。
背景技术
现代无线通讯系统使用高信号峰均比的信号，为了提高功率放大器的效率，Doherty功率放大器被广泛应用于通信基站等无线通讯系统中用于放大信号。经典的对称Doherty功率放大器使得输出功率在6dB回退下维持高效率，而随着时代的发展，信号峰均比越来越高，一般大于6dB，所以非对称结构的Doherty功率放大器被更加青睐和广泛使用。
目前非对称Doherty功率放大器的传统结构，如图1所示。其中，峰管电路匹配输出需要匹配到的负载阻抗为Z0/R，在峰管电路测试和调试的时候需要额外的λ/4匹配节进行匹配，如图2所示。而这节λ/4匹配电路属于辅助测试和调试电路，在实际应用中是不需要的。随着实际设备商实际应用电路越来越紧凑，实际电路不会也没有空间放入这些电路，所以不便于实际的测试和调试。
因此，需要研究一种新型的非对称Doherty功率放大器，以满足主路和辅路的输出需要匹配到的负载阻抗在同时匹配到系统阻抗的情况下实现非对称Doherty的正常工作，便于在实际应用中的调试和测试。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非对称Doherty功率放大器及其匹配电路和匹配电路的实现方法。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种非对称Doherty功率放大器的匹配电路，包括：
主路输出匹配电路，其输入端接主放大器的输出端；
主路阻抗匹配电路，其输入端接所述主路输出匹配电路的输出端；
辅路输出匹配电路，其输入端接峰值放大器的输出端，输出端接主路阻抗匹配电路的输出端；
合路阻抗匹配电路，其输入端接主路阻抗匹配电路和辅路输出匹配电路连接的合路点处，输出端接系统负载；
所述主路阻抗匹配电路的特征阻抗为：
Figure BDA0002325364080000021
所述合路阻抗匹配电路的特征阻抗为：
Figure BDA0002325364080000022
其中，Zmt为主路阻抗匹配电路的特征阻抗，Zct为合路阻抗匹配电路的特征阻抗，R为主放大器和峰值放大器的输入功率分配比例，Z0为系统阻抗。
一实施例中，主路输出匹配电路和辅路输出匹配电路的输出需要匹配到的负载阻抗均为所述系统阻抗Z0。
一实施例中，所述合路点的负载阻抗为：
Figure BDA0002325364080000023
峰值放大器开启状态下，主路在合路点的负载阻抗为：
Zmc＝R*Z0；
其中，Zc为合路点的负载阻抗，Zmc为主路在合路点的负载阻抗；
根据所述合路点的负载阻抗Zc得到所述合路阻抗匹配电路的特征阻抗Zct，根据所述主路在合路点的负载阻抗Zmc得到所述主路阻抗匹配电路的特征阻抗Zmt。
一实施例中，所述主路在合路点的负载阻抗为：
Zmc＝(1+R)*Zc；
所述合路点的负载阻抗为：
Figure BDA0002325364080000031
其中，Zp为辅路输出匹配电路的输出需要匹配到的负载阻抗；
结合所述辅路输出匹配电路的输出需要匹配到的负载阻抗Zp为系统阻抗Z0，得到：
Figure BDA0002325364080000032
Zmc＝R*Z0。
一实施例中，所述主路阻抗匹配电路和合路阻抗匹配电路均为四分之一波长传输线。
本发明还揭示了另外一种技术方案：一种非对称Doherty功率放大器，包括上述匹配电路。
一实施例中，所述放大器还包括：
功分器，其输入端接入输入信号；
主路输入匹配电路，其输入端接功分器的输出端，输出端接主放大器的输入端；
辅路输入匹配电路，其输入端接功分器的输出端，输出端接峰值放大器的输入端。
一实施例中，所述功分器包括同相位或九十度相位差功分器。
一实施例中，所述主路输入匹配电路和辅路输入匹配电路均包括相应的相位补偿电路。
本发明还揭示了另外一种技术方案：一种非对称Doherty功率放大器的匹配电路的实现方法，包括：
S1，将主路输出匹配电路的输出和辅路输出匹配电路的输出需要匹配到的负载阻抗均设置为系统阻抗：
Zm＝Zp＝Z0；
其中，Zm为主路输出匹配电路的输出需要匹配到的负载阻抗，Zp为辅路输出匹配电路的输出需要匹配到的负载阻抗，Z0为系统阻抗；
S2，根据在峰值放大器开启状态下主路在合路点的负载阻抗及合路点的负载阻抗：
Zmc＝(1+R)*Zc；
Figure BDA0002325364080000041
得到：
Figure BDA0002325364080000042
Zmc＝R*Z0；
其中，Zc为合路点的负载阻抗，Zmc为主路在合路点的负载阻抗，R为主放大器和峰值放大器的输入功率分配比例；
S3，根据步骤S2中得到的合路点的负载阻抗Zc得到合路阻抗匹配电路的特征阻抗为：
Figure BDA0002325364080000043
以及根据步骤S2中得到的主路在合路点的负载阻抗Zmc得到主路阻抗匹配电路的特征阻抗为：
Figure BDA0002325364080000044
其中，Zmt为主路阻抗匹配电路的特征阻抗，Zct为合路阻抗匹配电路的特征阻抗。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供了一种新型的非对称Doherty功率放大器的匹配电路，以满足主路和辅路的输出阻抗在同时匹配到系统阻抗的情况下实现非对称Doherty的正常工作，便于在实际应用中的调试和测试(比如使用50欧姆的开口电缆焊接测试)。
2、本发明合路阻抗的匹配电路的阻抗变化比例相对于传统的非对称Doherty功率放大器更小，所以相应的带宽也更宽。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有非对称Doherty功率放大器的结构示意图；
图2为图1加额外λ/4匹配的结构示意图；
图3为本发明新型非对称Doherty功率放大器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明实施例所揭示的一种非对称Doherty功率放大器及其匹配电路和匹配电路的实现方法，在不增加额外λ/4匹配电路的情况下，通过调整放大器的主路阻抗匹配电路和合路阻抗匹配电路，以满足主路和辅路的输出阻抗在同时匹配到系统阻抗的情况下实现非对称Doherty的正常工作，便于在实际应用中的调试和测试(比如使用50欧姆的开口电缆焊接测试)。
如图3所示，本发明所揭示的一种非对称Doherty功率放大器，具体包括：功分器、主路输入匹配电路、辅路输入匹配电路、主放大器、峰值放大器、匹配电路和负载，其中，功分器的输入端接入射频输入信号，两个输出端中一个输出端接主路输入匹配电路的输入端，另一个输出端接辅路输入匹配电路的输入端，本实施例中，功分器为同相位或九十度相位差功分器。
主路输入匹配电路的输出端接主放大器的输入端，辅路输入匹配电路的输出端接峰值放大器的输入端，本实施例中，主路输入匹配电路和辅路输入匹配电路均包括相应的相位补偿电路。
主放大器的输出端和峰值放大器的输出端均接匹配电路的输入端，匹配电路的输出端接负载。
本实施例中，匹配电路具体包括：主路输出匹配电路、主路阻抗匹配电路、辅路输出匹配电路和合路阻抗匹配电路，其中，主路输出匹配电路的输入端主放大器的输出端，输出端接主路阻抗匹配电路的输入端；辅路输出匹配电路的输入端接峰值放大器的输出端，输出端接主路阻抗匹配电路的输出端；合路阻抗匹配电路的输入端接主路阻抗匹配电路和辅路输出匹配电路连接的合路点处，输出端接系统负载。本实施例中，主路阻抗匹配电路和合路阻抗匹配电路均为四分之一波长传输线(λ/4)，在其他实施例中，主路阻抗匹配电路和合路阻抗匹配电路的实现方式不仅限于用这里的四分之一波长传输线进行阻抗变换，还包括其他任意的阻抗匹配方式，只要满足阻抗变换的要求即可。需要说明的是，上述Doherty功率放大器中的结构可参照现有公知的Doherty功率放大器结构，这里不再赘述。
与现有Doherty功率放大器不同的是，本发明的匹配电路实现了在不增加额外λ/4匹配电路的情况下，主路和辅路的输出可以同时匹配到系统阻抗。具体地，设置主路阻抗匹配电路的特征阻抗为：
Figure BDA0002325364080000061
以及设置合路阻抗匹配电路的特征阻抗为：
Figure BDA0002325364080000062
其中，Zmt为主路阻抗匹配电路的特征阻抗，Zct为合路阻抗匹配电路的特征阻抗，R为主放大器和峰值放大器的输入功率分配比例，Z0为系统阻抗，Z0默认为50欧姆。
其中，上述主路阻抗匹配电路的特征阻抗Zmt和合路阻抗匹配电路的特征阻抗Zct的获得过程如下：
假设合路点的负载阻抗为Zc，峰值放大器开启后，主路在合路点的负载阻抗为Zmc，辅路(即峰值放大器那一路)在合路点的负载阻抗(即辅路输出匹配电路的输出需要匹配到的负载阻抗)为Zp，主路输出匹配电路的输出需要匹配到的负载阻抗为Zm，峰值放大器关闭情况下，主路输出匹配电路的输出需要匹配到的负载阻抗为Zmod。
S1，将主路输出匹配电路的输出和辅路输出匹配电路的输出需要匹配到的负载阻抗均设置为系统阻抗：
Zm＝Zp＝Z0；
其中，Zm为主路输出匹配电路的输出需要匹配到的负载阻抗，Zp为辅路输出匹配电路的输出需要匹配到的负载阻抗，Z0为系统阻抗。
S2，根据Doherty功率放大器的工作原理，主路在合路点的负载阻抗及合路点的负载阻抗：
Zmc＝(1+R)*Zc；
Figure BDA0002325364080000071
结合上述Zm＝Zp＝Z0，可以计算得到：
Figure BDA0002325364080000072
Zmc＝R*Z0；
其中，Zc为合路点的负载阻抗，Zmc为主路在合路点的负载阻抗，R为主放大器和峰值放大器的输入功率分配比例。
S3，根据四分之一波长传输线阻抗变换公式，及步骤S2中得到的合路点的负载阻抗Zc得到上述合路阻抗匹配电路的特征阻抗Zct，以及根据步骤S2中得到的主路在合路点的负载阻抗Zmc得到主路阻抗匹配电路的特征阻抗Zmt。
经过上述步骤，即可实现将主路输出匹配电路的输出和辅路输出匹配电路的输出均匹配到系统阻抗。
由以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：实现了在不增加额外λ/4匹配电路的情况下，主路和辅路的输出均匹配到系统阻抗的同时实现Doherty的正常工作，便于在实际应用中的调试和测试。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种非对称Doherty功率放大器的匹配电路，其特征在于，所述匹配电路包括：
主路输出匹配电路，其输入端接主放大器的输出端；
主路阻抗匹配电路，其输入端接所述主路输出匹配电路的输出端；
辅路输出匹配电路，其输入端接峰值放大器的输出端，输出端接主路阻抗匹配电路的输出端；
合路阻抗匹配电路，其输入端接主路阻抗匹配电路和辅路输出匹配电路连接的合路点处，输出端接系统负载；
所述主路阻抗匹配电路的特征阻抗为：
Figure FDA0002325364070000011
所述合路阻抗匹配电路的特征阻抗为：
Figure FDA0002325364070000012
其中，Zmt为主路阻抗匹配电路的特征阻抗，Zct为合路阻抗匹配电路的特征阻抗，R为主放大器和峰值放大器的输入功率分配比例，Z0为系统阻抗。
2.根据权利要求1所述的匹配电路，其特征在于，所述主路输出匹配电路和辅路输出匹配电路的输出需要匹配到的负载阻抗均为所述系统阻抗Z0。
3.根据权利要求2所述的匹配电路，其特征在于，
所述合路点的负载阻抗为：
Figure FDA0002325364070000013
峰值放大器开启状态下，主路在合路点的负载阻抗为：
Zmc＝R*Z0；
其中，Zc为合路点的负载阻抗，Zmc为主路在合路点的负载阻抗；
根据所述合路点的负载阻抗Zc得到所述合路阻抗匹配电路的特征阻抗Zct，根据所述主路在合路点的负载阻抗Zmc得到所述主路阻抗匹配电路的特征阻抗Zmt。
4.根据权利要求3所述的匹配电路，其特征在于，
所述主路在合路点的负载阻抗为：
Zmc＝(1+R)*Zc；
所述合路点的负载阻抗为：
Figure FDA0002325364070000021
其中，Zp为辅路输出匹配电路输出需要匹配到的负载阻抗；
结合所述辅路输出匹配电路输出需要匹配到的负载阻抗Zp为系统阻抗Z0，得到：
Figure FDA0002325364070000022
Zmc＝R*Z0。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的匹配电路，其特征在于，所述主路阻抗匹配电路和合路阻抗匹配电路均为四分之一波长传输线。
6.一种非对称Doherty功率放大器，其特征在于，包括上述1～5任意一项所述的匹配电路。
7.根据权利要求6所述的非对称Doherty功率放大器，其特征在于，所述放大器还包括：
功分器，其输入端接入输入信号；
主路输入匹配电路，其输入端接功分器的输出端，输出端接主放大器的输入端；
辅路输入匹配电路，其输入端接功分器的输出端，输出端接峰值放大器的输入端。
8.根据权利要求7所述的非对称Doherty功率放大器，其特征在于，所述功分器包括同相位或九十度相位差功分器。
9.根据权利要求7所述的非对称Doherty功率放大器，其特征在于，所述主路输入匹配电路和辅路输入匹配电路均包括相应的相位补偿电路。
10.一种权利要求1～5任意一项所述的非对称Doherty功率放大器的匹配电路的实现方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，将主路输出匹配电路的输出和辅路输出匹配电路的输出需要匹配到的负载阻抗均设置为系统阻抗：
Zm＝Zp＝Z0；
其中，Zm为主路输出匹配电路的输出需要匹配到的负载阻抗，Zp为辅路输出匹配电路的输出需要匹配到的负载阻抗，Z0为系统阻抗；
S2，根据在峰值放大器开启状态下主路在合路点的负载阻抗及合路点的负载阻抗：
Zmc＝(1+R)*Zc；
Figure FDA0002325364070000031
得到：
Figure FDA0002325364070000032
Zmc＝R*Z0；
其中，Zc为合路点的负载阻抗，Zmc为主路在合路点的负载阻抗，R为主放大器和峰值放大器的输入功率分配比例；
S3，根据步骤S2中得到的合路点的负载阻抗Zc得到合路阻抗匹配电路的特征阻抗为：
Figure FDA0002325364070000033
以及根据步骤S2中得到的主路在合路点的负载阻抗Zmc得到主路阻抗匹配电路的特征阻抗为：
Figure FDA0002325364070000034
其中，Zmt为主路阻抗匹配电路的特征阻抗，Zct为合路阻抗匹配电路的特征阻抗。
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