CN114301400A - 基于变容二极管加载开口谐振环的5g高效率多尔蒂功放 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于变容二极管加载开口谐振环的5G高效率多尔蒂功放,属于微波电路技术领域。该功放包括变容二极管加载开口谐振环功分模块、相位补偿模块、主功放模块、辅助功放模块、相移模块以及相移线;变容二极管加载开口谐振环功分模块的两个输出端分别与主功放模块及相位补偿模块的输入端连接;相位补偿模块的输出端与辅助功放模块的输入端连接;主功放模块的输出端与相移模块的输入端连接;相移线的输入端与相移模块及辅助功放模块的输出端连接;变容二极管加载开口谐振环功分模块的输入端为总输入端,相移线的输出端为总输出端。本发明能够提高功放的效率,降低功率损耗,减小电路尺寸。
Description
技术领域
本发明属于微波电路技术领域,涉及一种基于变容二极管加载开口谐振环的5G高效率多尔蒂功放。
背景技术
无线通信广泛应用于生活各个方面,降低其能耗对节约能源具有重大意义。功率放大器作为无线通信中的关键部件,其功耗占整个系统之最;提高功放的效率刻不容缓,为提高功放效率,多尔蒂(Doherty)技术,包络消除与恢复技术(EER),高效率开关类功放技术被广泛研究;其中Doherty技术能兼顾线性度与效率比过高的问题,适用于当下广泛使用复杂调制方式的多输入多输出(MIMO)系统;但其效率仍需提高,以满足时代发展需求。
目前为提高功放效率,非对称多尔蒂功放方案及多路Doherty方案被广泛研究。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种基于变容二极管加载开口谐振环的5G高效率多尔蒂功放,提高功放的效率,降低功率损耗,减小电路尺寸。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种基于变容二极管加载开口谐振环的5G高效率多尔蒂功放,包括变容二极管加载开口谐振环功分模块1、相位补偿模块2、主功放模块3、辅助功放模块4、相移模块5以及相移线6;
变容二极管加载开口谐振环功分模块1的两个输出端分别与主功放模块3及相位补偿模块2的输入端连接;相位补偿模块2的输出端与辅助功放模块4的输入端连接;主功放模块3的输出端与相移模块5的输入端连接;相移线6的输入端与相移模块5及辅助功放模块4的输出端连接;变容二极管加载开口谐振环功分模块1的输入端为总输入端,相移线6的输出端为总输出端。
进一步,变容二极管加载开口谐振环功分模块1包括变容二极管VD1、开口谐振环C1、第一主微带传输线11、第二微带传输线12、第三微带传输线13、第四微带传输线14、第五微带传输线15、第一终端开路微带枝节线16、第二终端开路微带枝节线17和电阻R;
第一主微带传输线11的一端作为功放的总输入端,另一端与第二微带传输线12的中点垂直连接;第二微带传输线12一端与第五微带传输线15一端垂直连接,另一端与第三微带传输线13一端连接;第三微带传输线13另一端与第四微带传输线14一端通过开口谐振环C1连接;第四微带传输线14另一端与第五微带传输线15另一端通过电阻R连接,并且,第四微带传输线14另一端作为功分器的一个输出端,还与的相位补偿模块2输入端连接;第五微带传输线15另一端作为功分器的另一个输出端,还与主功放模块3的输入端连接;第一终端开路微带枝节线16和第二终端开路微带枝节线17分别与第三微带传输线13和第四微带传输线14垂直连接。变容二极管VD1连接在开口谐振环C1外环开口处。
优选的,第一主微带传输线11线长为L1=2.5mm,线宽为W1=1.07mm;第二微带传输线12线长为L2=6.55mm,线宽为W2=0.75mm;第三微带传输线13线长为L3=8.66mm,线宽为W3=0.69mm;第四微带传输线14线长为L4=8.32mm,线宽为W4=0.69mm;第五微带传输线15线长为L5=12.98mm,线宽为W5=0.79mm;第一终端开路微带枝节线16线长为L6=2.32mm,线宽为W6=0.22mm;第二终端开路微带枝节线17线长为L7=2.32mm,线宽为W7=0.22mm;开口谐振环C1的内环半径为r=1mm,环间距为d=0.3mm,金属环宽度为s=0.25mm。
优选的,本发明功放采用厚度为0.508mm,介电常数3.48的Rogers4350介质基板。
优选的,主功放模块3采用LDMOS工艺晶体管。
优选的,辅助功放模块4管采用GaN工艺晶体管。
本发明的有益效果在于:
本发明将基于开口谐振环实现的相位及功分比可调的功分器,引入到多尔蒂功放中,可通过控制变容二极管上偏置电压实现主辅功放间的输入功率分配比灵活可调,提高功放的效率;功分模块输出端口间相位差灵活可调,减少主功放与辅助功放间的相位失真,改善功放的线性度。
多尔蒂功放的效率受主辅功放的输入功率分配比影响;基于变容二极管加载开口谐振环其谐振特性可通过调节器二极管上偏置电压控制;利用微带枝节线与变容二极管加载开口谐振环可构造电长度与特性阻抗可变的等效传输线;基于此设计的功分模块可实现相位及功分比可调,在通入偏压0-12V范围内,可实现功分比可调范围为0-20dB,端口间相位差可调范围为0-30°;将其应用于多尔蒂功放中可通过控制变容二极管上偏压从而灵活控制主功放与辅助功放的输入功率分配比,提高功放的效率;灵活调整端口间相位差,减少辅助功放与主功放间的相位误差,改善功放的线性度;此外利用变容二极管加载开口谐振环及开路枝节线构造电长度与特性阻抗可变的等效传输线减少了集总参数的引入,降低了功率损耗,减小了电路尺寸。整个功放不需要外加其它复杂电路,体积小易于与其它微波电路集成,具有很强的实用性及应用前景。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作优选的详细描述,其中:
图1为本发明基于变容二极管加载开口谐振环的高效率多尔蒂功放的整体结构图;
图2为变容二极管加载开口谐振环功分模块的具体结构图;
图3为本实施例中变容二极管加载开口谐振环功分模块的具体尺寸标注图;
附图标记:1-变容二极管加载开口谐振环功分模块,2-相位补偿模块,3-主功放模块,4-辅助功放模块,5-相移模块,6-相移线,11-第一主微带传输线,12-第二微带传输线,13-第三微带传输线,14-第四微带传输线,15-第五微带传输线,16-第一终端开路微带枝节线,17-第二终端开路微带枝节线,VD1-变容二极管,C1-开口谐振环,R-电阻。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中,附图仅用于示例性说明,表示的仅是示意图,而非实物图,不能理解为对本发明的限制;为了更好地说明本发明的实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中,需要理解的是,若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本发明的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1~图3,图1所示为一种基于变容二极管加载开口谐振环的高效率多尔蒂功放,该功放具体包括:变容二极管加载开口谐振环功分模块1、相位补偿模块2、主功放模块3、辅助功放模块4、相移模块5以及相移线6。其中,变容二极管加载开口谐振环功分模块1的两个输出端分别与主功放模块3及相位补偿模块2的输入端连接;相位补偿模块2的输出端与辅助功放模块4的输入端连接;主功放模块3的输出端与相移模块5的输入端连接;相移线6的输入端与相移模块5及辅助功放模块4的输出端连接;变容二极管加载开口谐振环功分模块1的输入端为总输入端,相移线6的输出端为总输出端。
本发明将基于开口谐振环实现的相位及功分比可调的功分器,引入到多尔蒂功放中,可通过控制变容二极管上偏置电压实现主辅功放间的输入功率分配比灵活可调,提高功放的效率;灵活控制功分模块输出端口间相位差,减少辅助功放与主功放间的相位失真,改善功放的线性度。此外无需外加其它复杂控制电路,体积小易于与其它微波电路集成,具有很强的实用性及应用前景。
如图2所示,变容二极管加载开口谐振环功分模块1包括变容二极管VD1、开口谐振环C1、第一主微带传输线11、第二微带传输线12、第三微带传输线13、第四微带传输线14、第五微带传输线15、第一终端开路微带枝节线16、第二终端开路微带枝节线17和电阻R。其中,第一主微带传输线11的一端作为功放的总输入端,另一端与第二微带传输线12的中点垂直连接;第二微带传输线12一端与第五微带传输线15一端垂直连接,另一端与第三微带传输线13一端连接;第三微带传输线13另一端与第四微带传输线14一端通过开口谐振环C1连接;第四微带传输线14另一端与第五微带传输线15另一端通过电阻R连接,并且,第四微带传输线14另一端作为功分器的一个输出端,还与的相位补偿模块2输入端连接;第五微带传输线15另一端作为功分器的另一个输出端,还与主功放模块3的输入端连接;第一终端开路微带枝节线16和第二终端开路微带枝节线17分别与第三微带传输线13和第四微带传输线14垂直连接。变容二极管VD1连接在开口谐振环C1外环开口处。
作为一种优选的实施例,如图3所示,第一主微带传输线11线长为L1=2.5mm,线宽为W1=1.07mm;第二微带传输线12线长为L2=6.55mm,线宽为W2=0.75mm;第三微带传输线13线长为L3=8.66mm,线宽为W3=0.69mm;第四微带传输线14线长为L4=8.32mm,线宽为W4=0.69mm;第五微带传输线15线长为L5=12.98mm,线宽为W5=0.79mm;第一终端开路微带枝节线16线长为L6=2.32mm,线宽为W6=0.22mm;第二终端开路微带枝节线17线长为L7=2.32mm,线宽为W7=0.22mm;开口谐振环C1的内环半径为r=1mm,环间距为d=0.3mm,金属环宽度为s=0.25mm。整个功放的效率得到很大提高。
作为一种可选的实施例,变容二极管加载开口谐振环功分模块1、相位补偿模块2、主功放模块3、辅助功放模块4、相移模块5以及相移线6可采用厚度为0.508mm,介电常数3.48的Rogers4350介质基板。
作为一种可选的实施例,主功放模块3的功放管采用LDMOS工艺晶体管,选用Ampleon公司出产的BLF871型号晶体管。
作为一种可选的实施例,辅助功放模块4的功放管采用GaN工艺晶体管,选用MACOM公司出产的NPT1012B型号晶体管。
作为一种可选的实施例,变容二极管VD1采用Skyworks公司出产的SMV1245-079LF变容二极管,可通入偏压范围0-12V。
本实施例通过将基于开口谐振环实现的相位及功分比可调的功分器,引入到多尔蒂功放中,可通过控制变容二极管上偏置电压实现主辅功放间的输入功率分配比灵活可调;在通入偏压0-12V范围内,可实现功分比可调范围为0-20dB,端口间相位差可调范围为0-30°;功分比及相位差随偏置电压变化如下表1所示;减少辅助功放与辅助功放间的相位失真,提高功放的效率,改善功放的线性度。
表1功放的功分比及相位差随偏置电压变化情况
偏置电压(V) | 功分比(dB) | 相位差 |
0 | 0(1:1) | 0 |
3.5 | 3(2:1) | 8 |
6 | 11.7(15:1) | 19 |
8.2 | 13(20:1) | 25 |
11.7 | 18.4(70:1) | 28 |
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种基于变容二极管加载开口谐振环的5G高效率多尔蒂功放,其特征在于,该功放包括变容二极管加载开口谐振环功分模块(1)、相位补偿模块(2)、主功放模块(3)、辅助功放模块(4)、相移模块(5)以及相移线(6);
所述变容二极管加载开口谐振环功分模块(1)的两个输出端分别与主功放模块(3)及相位补偿模块(2)的输入端连接;所述相位补偿模块(2)的输出端与辅助功放模块(4)的输入端连接;所述主功放模块(3)的输出端与相移模块(5)的输入端连接;所述相移线(6)的输入端与相移模块(5)及辅助功放模块(4)的输出端连接;所述变容二极管加载开口谐振环功分模块(1)的输入端为总输入端,所述相移线(6)的输出端为总输出端。
2.根据权利要求1所述的5G高效率多尔蒂功放,其特征在于,所述变容二极管加载开口谐振环模块(1)包括变容二极管(VD1)、开口谐振环(C1)、第一主微带传输线(11)、第二微带传输线(12)、第三微带传输线(13)、第四微带传输线(14)、第五微带传输线(15)、第一终端开路微带枝节线(16)、第二终端开路微带枝节线(17)和电阻(R);
所述第一主微带传输线(11)的一端作为功放的总输入端,另一端与第二微带传输线(12)的中点垂直连接;所述第二微带传输线(12)一端与第五微带传输线(15)一端垂直连接,另一端与第三微带传输线(13)一端连接;所述第三微带传输线(13)另一端与第四微带传输线(14)一端通过开口谐振环(C1)连接;所述第四微带传输线(14)另一端与第五微带传输线(15)另一端通过电阻(R)连接,并且,第四微带传输线(14)另一端作为功分器的一个输出端,还与相位补偿模块(2)的输入端连接;第五微带传输线(15)另一端作为功分器的另一个输出端,还与主功放模块(3)的输入端连接;所述第一终端开路微带枝节线(16)和第二终端开路微带枝节线(17)分别与第三微带传输线(13)和第四微带传输线(14)垂直连接;
所述变容二极管(VD1)连接在开口谐振环(C1)外环开口处。
3.根据权利要求2所述的5G高效率多尔蒂功放,其特征在于,所述第一主微带传输线(11)线长为L1=2.5mm,线宽为W1=1.07mm;所述第二微带传输线(12)线长为L2=6.55mm,线宽为W2=0.75mm;所述第三微带传输线(13)线长为L3=8.66mm,线宽为W3=0.69mm;所述第四微带传输线(14)线长为L4=8.32mm,线宽为W4=0.69mm;所述第五微带传输线(15)线长为L5=12.98mm,线宽为W5=0.79mm;所述第一终端开路微带枝节线(16)线长为L6=2.32mm,线宽为W6=0.22mm;所述第二终端开路微带枝节线(17)线长为L7=2.32mm,线宽为W7=0.22mm;所述开口谐振环(C1)的内环半径为r=1mm,环间距为d=0.3mm,金属环宽度为s=0.25mm。
4.根据权利要求1所述的5G高效率多尔蒂功放,其特征在于,该功放采用厚度为0.508mm,介电常数3.48的Rogers4350介质基板。
5.根据权利要求1所述的5G高效率多尔蒂功放,其特征在于,所述主功放模块(3)采用LDMOS工艺晶体管。
6.根据权利要求1所述的5G高效率多尔蒂功放,其特征在于,所述辅助功放模块(4)管采用GaN工艺晶体管。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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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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