CN113225027A - 无线通信Chireix合成器、异相功率放大器及设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种无线通信Chireix合成器、异相功率放大器及设备，属于无线通信技术领域，该无线通信Chireix合成器包括：第一输入单元、第二输入单元以及输出单元，其中第一输入单元连接第一功率放大器，输入第一信号，第二输入单元连接第二功率放大器，输入第二信号，第一信号和第二信号进行融合后，通过输出单元输出；第一串联微带线元件与第一输入单元的输入端串联，第一并联微带线元件与第一输入单元的输入端并联；第二串联微带线元件与第二输入单元的输入端串联，第二并联微带线元件与第二输入单元的输入端并联。本申请通过Chireix合成器中宽带的设计，简化对功率放大器的调整过程，进而提高功率放大器的功率，保证功率放大器的线性度，避免失真。

Description

无线通信Chireix合成器、异相功率放大器及设备
技术领域
本申请涉及无线通信技术领域，特别是一种无线通信Chireix合成器、异相功率放大器及设备。
背景技术
近年来5G通信的发展有目共睹，5G技术已然成为支持智能方向转型的关键使能技术。为抢占5G商用化，如今的移动运营商、政府、设备供应商等都纷纷做好准备。随着无线通讯市场竞争的日益激烈，基站、接收机以及发射机等设备的性能高低成为业内竞争的主要焦点，而功率放大器作为基站、接收机以及发射机设备的重要组成部分，直接关系到发射信号的质量和通信效果。在通往5G的道路上，急需新的技术融合提高现有的性能。现有的通信基站采用的功率放大器在通常情况下，功放的线性和效率之间存在冲突，而Outphasing功率放大器作为线性化和效率增强技术，是一种有前途的技术。在异相功率放大器技术中，其模拟电路实现的部分主要包括两个大模块：分支电路的功率放大和两分支电路的功率合成。在传统的Outphasing功放技术中，用于功率放大的功放都是工作在饱和状态以充当电压源，但在功放增益不够高时，整个异相率放大器就会发生明显的失真，无法保证系统的效率和线性度。
发明内容
针对现有技术中，应用于无线通信领域，尤其在基站、接收机以及发射机设备的功率放大器在增益不高时，容易导致整个异相功率放大器的放大效果出现明显的失真，进而无法保证异相功率放大器的效率和线性度，以及现有技术中调整过程复杂，并且导致功率放大器的工作带宽减小的问题，本申请提出一种无线通信Chireix合成器、异相功率放大器及设备。
在本申请的一个技术方案中，提供一种无线通信Chireix合成器，包括第一输入单元、第二输入单元以及输出单元，其中第一输入单元的输入端连接第一功率放大器，输入第一信号，第二输入单元的输入端连接第二功率放大器，输入第二信号，第一输入单元的输出端与第二输入单元的输出端连接，对第一信号和第二信号进行融合后，通过输出单元输出；第一输入单元包括至少一个第一串联微带线元件进和至少一个第一并联微带线元件，其中，至少一个第一串联微带线元件与第一输入单元的输入端串联，至少一个第一并联微带线元件与第一输入单元的输入端并联；第二输入单元包括至少一个第二串联微带线元件和至少一个第二并联微带线元件，其中，至少一个第二串联微带线元件与第二输入单元的输入端串联，至少一个第二并联微带线元件与第二输入单元的输入端并联；输出单元包括至少一个第三微带线元件，第三微带线元件与输出单元的输入端串联。
在本申请的另一技术方案中，提供一种无线通信异相功率放大器包括：无线通信Chireix合成器、主要功率输入部分和辅助功率输入部分，其中，主要功率输入部分与辅助功率输入部分分别与无线通信Chireix合成器的两个输入单元连接，分别输入第一信号和第二信号；无线通信Chireix合成器对第一信号和第二信号进行合成后，通过无线通信Chireix合成器的输出单元进行输出，进而对功率进行放大。
在本申请的另一技术方案中，提供一种接收机设备，包括方案二中的无线通信异相功率放大器。
本申请的有益效果是：本申请公开的技术方案中，将Doherty功率放大技术应用于异相功率放大器，实现宽频带覆盖范围和高功率回退，通过Chireix合成器中宽带的设计，简化对功率放大器的调整过程，进而提高功率放大器的功率，保证功率放大器的线性度，功率放大器的工作效率，避免失真。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请无线通信Chireix合成器的一个基础结构示意图；
图2是本申请无线通信Chireix合成器的一个实施方式的结构示意图；
图3是本申请无线通信Chireix合成器的一个实例的组成结构图；
图4是本申请无线通信异相功率放大器的一个实施方式的组成结构示意图。
附图说明：T1第一微带线，T2第二微带线，T3第三微带线，T4第四微带线,T5第五微带线，T6第六微带线，T7第七微带线，T8第八微带线，T9第九微带线,T10第十微带线，T11第十一微带线，T12第十二微带线。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的产品或设备不必限于清楚地列出的哪些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。
近年来5G通信的发展有目共睹，5G技术已然成为支持智能方向转型的关键使能技术。为抢占5G商用化，如今的移动运营商、政府、设备供应商等都纷纷做好准备。随着无线通讯市场竞争的日益激烈，基站、接收机以及发射机等设备的性能高低成为业内竞争的主要焦点，而功率放大器作为基站、接收机以及发射机设备的重要组成部分，直接关系到发射信号的质量和通信效果。在通往5G的道路上，急需新的技术融合提高现有的性能。现有的通信基站采用的功率放大器在通常情况下，功放的线性和效率之间存在冲突，而Outphasing功率放大器作为线性化和效率增强技术，是一种有前途的技术。在异相功率放大器技术中，其模拟电路实现的部分主要包括两个大模块：分支电路的功率放大和两分支电路的功率合成。在传统的Outphasing功放技术中，用于功率放大的功放都是工作在饱和状态以充当电压源，但在功放增益不够高时，整个异相功率放大器就会发生明显的失真，无法保证系统的效率和线性度。
其中，为了保证功率放大器的功率放大相效果，同时避免失真，保证功率放大器的效率和线性度，现有的解决方法包括：电源调制技术、传统Doherty结构的功率放大器以及传统的Outphasing结构的异相功率功率放大器。
电源调制技术，通常包含包络消除与恢复技术(EER)和包络跟踪技术(ET)两种方式。包络消除与恢复技术是一种动态漏极电压调制方式。射频输入信号是一种恒包络信号，该信号需要通过包络检波器得到相应的幅度信号，同时该信号也需要通过限幅器和延时线得到相应的相位信号，幅度信号通过包络放大器进行信号的放大，最后再利用高效率的开关类功放对两信号进行合成放大输出，得到放大后的包络信号。但是在时延上，包络消除与恢复技术需要相位信号极其精准，较难实现。包络跟踪技术，不再需要将信号进行相位和幅度分离，不需要较长的时间延迟，利用信号对功放的漏极电压进行动态调制，提升系统效率。但包络跟踪技术调整的速度不够快，电源连接端寄生电容较大，限制了电源电压快速变化，需要复杂的时域标定，实现较为复杂。
传统Doherty结构的功率放大器是使用两路功率放大器，一路工作在AB类，作为主要功放，另一路工作在B类或C类，作为辅助功放。输入端为威尔金森二等功分器。当输入信号功率较小时，主功放打开并输出信号，而辅助功放关闭，增大负载以减小电源消耗的功耗；当输入信号功率逐渐增大时，达到辅助功放的阈值电压，也进入工作状态，负载减小，提高输出功率。虽然使用此方案可以在功率回退下提高效率，即可以提高功率放大器的平均效率。增益相对AB类功率放大器会增益降低；工作带宽减小；敏感度高，两路功放相互影响的程度很大。
传统的Outphasing结构的异相功率功率放大器的技术核心是将调幅调相信号转化为两路恒包络信号，通过高效率的放大器将两分支信号放大，最后再将两路信号通过合成器恢复成被放大的原始信号。但该技术需要有额外数字电路处理信号，实现较为麻烦。
本申请的发明构思是：本发明是基于GaN工艺设计的非隔离型宽带Chireix合成器，应用于Outphasing功率放大器中，并结合Doherty结构进行功率合成。对于具有有隔离特性的合成器来说，由于中间的隔离电阻的存在，两支放大通路相互之间是不会产生任何影响的，在一定程度上提高了系统的线性度，但同时也正是因为有了隔离电阻，消耗了功率，降低系统的效率。而对于不具有隔离特性的合成器来说，尽管没有内部电阻存在功率损耗，但两单元之间会相互影响，从而给线性度带来不利影响。因此在本发明中使用了非隔离型的Chireix合成器。如图1所示，一个Chireix合成器是由两段四分之一波长(λ/4)传输线和两段对称的电抗线组成的三端口网络。
当相位调制角θ不为0时，合成器的主功放单元S1和辅助功放单元S2两分支电路虚部无法抵消，呈现复数阻抗值。由此可知，两条单元有相位分量时会引发电抗电流牵引作用，使实际经过的电流与两端的电压在相位上有偏移量。且整个电路处于失配状态，随着相位角的变化，两条单元的阻抗值也会发生动态变化。而这一现象与会对整个异相功率放大技术的性能产生较大影响，因此在Chireix合成器中，在两单元端口并联相应的共轭电抗±jB，抵消虚部分量，实现高效。引入对称的电抗，一定程度上可以弥补非隔离合成器中由两单元相互影响带来的电抗部分，有效地解决了功率损耗问题。同时，Chireix功率合成器中两单元引入对称的电抗，将主功放单元S1和辅助功放单元S2的传输信号进行融合，得到S0进而再进行输出，提高系统的线性度。从而对信号基站、接收机及发射机进行优化，提高信号传输质量和通信效果。
利用Chireix结构对异相(Outphasing)功率放大器中的两个分支放大电路进行相位补偿，在两分路的输出端分别添加一段相对称的电纳：jB和-jB。在本申请的Chireix合成器设计中，由于参数元件无法快速确定电抗值找到相应的元器件，为了设计便利，因此，在射频电路设计中，大多采用微带线用于传输电路设计，微带线的频带宽，稳定性能好，且在电路仿真过程易于仿真控制，为电路设计提供了可控的变量，大大降低设计的难度。
实施例一
图2示出了本申请一种Chireix合成器的一个实施方式的结构示意图。
如图2所示，本申请的Chireix合成器包括：第一输入单元、第二输入单元以及输出单元，其中第一输入单元的输入端连接第一功率放大器，输入第一信号，第二输入单元的输入端连接第二功率放大器，输入第二信号，第一输入单元的输出端与第二输入单元的输出端连接，对第一信号和第二信号进行融合后，通过输出单元输出；第一输入单元包括至少一个第一串联微带线元件和至少一个第一并联微带线元件，其中，至少一个第一串联微带线元件与第一输入单元的输入端串联，至少一个第一并联微带线元件与第一输入单元的输入端并联；第二输入单元包括至少一个第二串联微带线元件和至少一个第二并联微带线元件，其中，至少一个第二串联微带线元件与第二输入单元的输入端串联，至少一个第二并联微带线元件与第二输入单元的输入端并联；输出单元包括至少一个第三微带线元件，第三微带线元件与输出单元的输入端串联。
在该实施方式中，第一输入单元的输入端连接第一功率放大器，第二输入单元的输入端连接第二功率放大器，其中，第一功率放大器为主要功率放大器，第二功率放大器为辅助功率放大器。第一输入单元接收主要功率放大器输出的第一信号，第二输入单元接收辅助功率放大器输出的第二信号，其中第一输入单元与第二输入单元的末端相连，输入的第一信号和第二信号进行融合后，通过输出单元输出。第一输入单元包括至少一个第一串联微带线元件和至少至少一个第一并联微带线元件，其中至少一个第一串联微带线元件与第一输入单元的输入端串联，至少一个第一并联微带线元件与第一输入单元的输入端并联，通过串联的微带线元件和并联的微带线元件的设置，能够提高频带宽度，提高稳定性，便于后续对仿真过程的控制。
第二输入单元包括至少一个第二串联微带线元件和至少一个第二并联微带线元件，其中，至少一个第二串联微带线元件与第二输入单元的输入端串联，至少一个第二并联微带线元件与第二输入单元的输入端并联。
输出单元包括至少一个第三微带线元件，其中第三微带线元件与输出单元的输入端串联。
本申请通过无线通信非隔离型宽带Chireix合成器，将Doherty功率放大技术应用于异相功率放大器，实现宽频带覆盖范围和高功率回退，通过Chireix合成器中宽带的设计，简化对功率放大器的调整过程，进而提高功率放大器的功率，保证功率放大器的线性度，功率放大器的工作效率，避免失真。
在本申请的一个实施例中，本申请的Chireix合成器中，至少一个第一串联微带线元件包括第一微带线、第二微带线以及第三微带线，至少一个第一并联微带线元件包括第四微带线、第五微带线、第六微带线以及第七微带线，其中，
第一微带线的一端连接第一输入单元的输入端，第一微带线的另一端连接第二微带线的一端，第二微带线的另一端连接第三微带线的一端，第三微带线的另一端连接第一输入单元的输出端，第四微带线的一端和第五微带线的一端分别与第一微带线的另一端连接，第六微带线的一端和第七微带线的一端分别与第二微带线的另一端连接。
在本申请的一个实施例中，本申请的Chireix合成器中，至少一个第二串联微带线元件包括第八微带线和第九微带线，至少一个第二并联微带线元件包括第十微带线和第十一微带线，其中，
第八微带线的一端与第二输入单元的输入端连接，第八微带线的另一端与第九微带线的一端连接，第九微带线的另一端连接第二输入单元的输出端，第十微带线的一端和第十一微带线的一端分别与第八微带线的一端连接。
在本申请的一个实施例中，本申请的Chireix合成器中，至少一个第三微带线元件包括第十二微带线，其中第十二微带线的一端连接输出单元的输入端，第十二微带线的另一端连接输出单元的输出端。
在本申请的一个实施例中，第一输入单元连接的第一功率放大器为主要功率放大器，第二输入单元连接的第二功率放大器为辅助功率放大器。
在本申请的一个实施例中，主要功率放大器为AB类功率放大器，辅助功率放大器为B类放大器或C类放大器。通过第一功率放大器和第二功率放大器的特定设置，避免整个异相功率放大器的放大效果出现明显的失真，进而保证异相功率放大器的效率和线性度。
图3示出了本申请无线通信Chireix合成器中的一个实例的组成结构图。
如图3所示，在本申请的无线通信Chireix合成器中，主功放输入端依次连接第一微带线T1,第二微带线T2和第三微带线T3，并连的微带线包括第四微带线T4，第五微带线T5，第六微带线T6以及第七微带线T7，其中，第四微带线T4与第五微带线T5对称布置，第六微带线T6与第七微带线T7对称布置，采用倒T型的匹配方式。辅助功放输入端依次连接第八微带线T8，第九微带线T9，并联的微带线包括第十微带线T10，第十一微带线T11，其中第十微带线T10和第十一微带线T11对称布置。两者输入的信号经过混合后，通过第十二微带线T12，再通过输出负载端输出。
实施例二
图4示出了本申请无线通信异相功率放大器的一个实施方式的组成结构示意图。
在图4所示的实施方式中，本申请的无线通信异相功率放大器包括：无线通信Chireix合成器、主要功率输入部分和辅助功率输入部分，其中，主要功率输入部分与辅助功率输入部分分别与无线通信Chireix合成器的两个输入单元连接，分别输入第一信号和第二信号；无线通信Chireix合成器对第一信号和第二信号进行合成后，通过无线通信Chireix合成器的输出单元进行输出，进而对功率进行放大。
在本申请的一个实施例中，无线通信Chireix合成器包括，第一输入单元、第二输入单元以及输出单元，其中，第一输入单元连接主要功率输入部分，接收第一信号，第二输入单元连接辅助功率输入部分，接收第二信号，对第一信号和第二信号进行融合后，通过输出单元输出。
在本申请的一个实施例中，无线通信Chireix合成器中，第一输入单元包括至少一个第一串联微带线元件进和至少一个第一并联微带线元件，其中，至少一个第一串联微带线元件与第一输入单元的输入端串联，至少一个第一并联微带线元件与第一输入单元的输入端并联；第二输入单元包括至少一个第二串联微带线元件和至少一个第二并联微带线元件，其中，至少一个第二串联微带线元件与第二输入单元的输入端串联，至少一个第二并联微带线元件与第二输入单元的输入端并联；输出单元至少一个第三微带线元件，第三微带线元件与输出单元的输入端串联。
在本申请的一个具体实施方式中，本申请公开一种接收机设备，包括任一实施例描述的无线通信异相功率放大器。
本申请的无线通信Chireix合成器、异相功率放大器及设备将Doherty功率放大技术应用于异相功率放大器，实现宽频带覆盖范围和高功率回退，通过Chireix合成器中宽带的设计，简化对功率放大器的调整过程，进而提高功率放大器的功率，保证功率放大器的线性度，功率放大器的工作效率，避免失真。从而对信号基站、接收机及发射机进行优化，提高信号传输质量和通信效果。
在本申请所提供的实施方式中，应该理解到，所揭露的装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无线通信Chireix合成器，其特征在于，包括：第一输入单元、第二输入单元以及输出单元，其中，
所述第一输入单元的输入端连接第一功率放大器，接收第一信号，所述第二输入单元的输入端连接第二功率放大器，接收第二信号，所述第一输入单元的输出端与所述第二输入单元的输出端连接，对所述第一信号和所述第二信号进行融合后，通过所述输出单元输出；
所述第一输入单元包括至少一个第一串联微带线元件进和至少一个第一并联微带线元件，其中，至少一个所述第一串联微带线元件与所述第一输入单元的输入端串联，至少一个所述第一并联微带线元件与所述第一输入单元的输入端并联；所述第二输入单元包括至少一个第二串联微带线元件和至少一个第二并联微带线元件，其中，至少一个第二串联微带线元件与所述第二输入单元的输入端串联，至少一个第二并联微带线元件与所述第二输入单元的输入端并联；
所述输出单元包括至少一个第三微带线元件，所述第三微带线元件与所述输出单元的输入端串联。
2.根据权利要求1所述的无线通信Chireix合成器，其特征在于，所述至少一个第一串联微带线元件包括第一微带线、第二微带线以及第三微带线，所述至少一个第一并联微带线元件包括第四微带线、第五微带线、第六微带线以及第七微带线，其中，
所述第一微带线的一端连接所述第一输入单元的输入端，所述第一微带线的另一端连接所述第二微带线的一端，所述第二微带线的另一端连接所述第三微带线的一端，所述第三微带线的另一端连接所述第一输入单元的输出端，所述第四微带线的一端和所述第五微带线的一端分别与所述第一微带线的另一端连接，所述第六微带线的一端和所述第七微带线的一端分别与所述第二微带线的另一端连接。
3.根据权利要求1所述的无线通信Chireix合成器，其特征在于，所述至少一个第二串联微带线元件包括第八微带线和第九微带线，所述至少一个第二并联微带线元件包括第十微带线和第十一微带线，其中，
所述第八微带线的一端与所述第二输入单元的输入端连接，所述第八微带线的另一端与所述第九微带线的一端连接，所述第九微带线的另一端连接所述第二输入单元的输出端，所述第十微带线的一端和所述第十一微带线的一端分别与所述第八微带线的一端连接。
4.根据权利要求1所述的无线通信Chireix合成器，其特征在于，所述至少一个第三微带线元件包括第十二微带线，其中所述第十二微带线的一端连接所述输出单元的输入端，所述述第十二微带线的另一端连接所述输出单元的输出端。
5.根据权利要求1-4任一所述的无线通信Chireix合成器，其特征在于，所述第一输入单元连接的所述第一功率放大器为主要功率放大器，所述第二输入单元连接的所述第二功率放大器为辅助功率放大器。
6.根据权利要求5所述的无线通信Chireix合成器，其特征在于，所述主要功率放大器为AB类功率放大器，所述辅助功率放大器为B类放大器或C类放大器。
7.一种无线通信异相功率放大器，其特征在于，包括：
如权利要求1所述的无线通信Chireix合成器、主要功率输入部分和辅助功率输入部分，其中，
所述主要功率输入部分与所述辅助功率输入部分分别与所述无线通信Chireix合成器的两个输入单元连接，分别输入第一信号和第二信号；
所述无线通信Chireix合成器对所述第一信号和所述第二信号进行合成后，通过所述无线通信Chireix合成器的输出单元进行输出，进而对功率进行放大。
8.根据权利要求7所述的无线通信异相功率放大器，其特征在于，所述无线通信Chireix合成器包括，第一输入单元、第二输入单元以及输出单元，其中，
所述第一输入单元连接所述主要功率输入部分，接收所述第一信号，所述第二输入单元连接所述辅助功率输入部分，接收所述第二信号，对所述第一信号和所述第二信号进行融合后，通过所述输出单元输出。
9.根据权利要求8所述的无线通信异相功率放大器，其特征在于，在所述无线通信Chireix合成器中，所述第一输入单元包括至少一个第一串联微带线元件和至少一个第一并联微带线元件，其中，至少一个所述第一串联微带线元件与所述第一输入单元的输入端串联，至少一个所述第一并联微带线元件与所述第一输入单元的输入端并联；
所述第二输入单元包括至少一个第二串联微带线元件和至少一个第二并联微带线元件，其中，至少一个第二串联微带线元件与所述第二输入单元的输入端串联，至少一个第二并联微带线元件与所述第二输入单元的输入端并联；
所述输出单元包括至少一个第三微带线元件，所述第三微带线元件与所述输出单元的输入端串联。
10.一种无线通信接收机设备，其特征在于，包括如权利要求7-9任一项所述的无线通信异相功率放大器。
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肖柯;: "大功率高效Doherty功率放大器的研究与设计", 大众科技, no. 03 *

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