CN114696747B - 一种具有新型平衡网络的宽带多赫蒂功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有新型平衡网络的宽带多赫蒂功率放大器，包括：主放大器，至少一个辅助放大器，所述主放大器的输出端和辅助放大器的输出端分别连接一平衡网络；所述平衡网络包括依次串联的感性元件、传输线和短截线，所述感性元件串联传输线，所述传输线连接短截线，所述短截线的自由端开路。去除了传统平衡网络中的隔直电容，减少了损耗。短截线的等效电容值与传统隔直电容相比大大减小，从而增加了视频带宽。

Description

一种具有新型平衡网络的宽带多赫蒂功率放大器
技术领域
本发明涉及一种宽带多赫蒂功率放大器，具体地涉及一种具有新型平衡网络的宽带多赫蒂功率放大器。
背景技术
现有的移动通信用的功率放大器大都采用Doherty电路结构来实现。如图1所示，传统的Doherty电路包括两个支路：包括主功率放大器支路和辅功率放大器支路。
传统的Doherty电路受制于功率放大器晶体管漏-源电容Cds以及相应的长相位匹配，导致工作带宽受到限制。
为了增加工作带宽，通常会在Doherty电路中增加Cds补偿电路（平衡网络）进行平衡或补偿有源器件的源漏电容，Cds补偿电路包括一个串联电感（Lm1、Lp1）和接地隔直电容（Cm1、Cp1），如图2所示，然而现有的Cds补偿电路存在一定的局限性：
1、Ld与Li存在互感而影响射频性能（效率，带宽）；
2、由于并联到地隔直电容的使用，视频带宽受到严重限制。
发明内容
针对上述技术问题，本发明目的在于提供一种具有新型平衡网络的宽带多赫蒂功率放大器，去除了传统平衡网络中的隔直电容，减少了损耗。短截线的等效电容值与传统隔直电容相比大大减小，从而增加了视频带宽。
为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：
一种具有新型平衡网络的宽带多赫蒂功率放大器，包括：
主放大器，至少一个辅助放大器，所述主放大器的输出端和辅助放大器的输出端分别连接一平衡网络；
所述平衡网络包括依次串联的感性元件、传输线和短截线，所述感性元件串联传输线，所述传输线连接短截线，所述短截线的自由端开路。
优选的技术方案中，所述感性元件、传输线和开路短截线的等效电感之和与放大器的漏源寄生电容形成谐振。
优选的技术方案中，所述主放大器的输出端还连接主输出匹配网络，所述辅助放大器的输出端还连接辅输出匹配网络，所述主输出匹配网络通过高阻延迟线连接辅输出匹配网络。
优选的技术方案中，所述主输出匹配网络的输出端还连接阻抗变换线，所述阻抗变换线的另一端作为信号输出端。
优选的技术方案中，信号输入端连接功率分配单元，所述功率分配单元的耦合端与主输入匹配网络的输入端连接，所述主输入匹配网络的输出端连接主放大器的输入端，所述功率分配单元的直通端与辅输入匹配网络的输入端连接，所述辅输入匹配网络的输出端与相位平衡网络的输入端连接，所述相位平衡网络的输出端连接辅助放大器的输入端。
相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：
本发明去除了传统平衡网络中的隔直电容，减少了损耗。缩短了匹配电路相位，提升了AB类电路匹配和多赫蒂匹配的带宽。短截线的等效电容值与传统隔直电容相比大大减小，从而增加了视频带宽和射频带宽。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为传统Doherty电路图；
图2为现有具有Cds补偿电路的Doherty电路；
图3为本发明实施例的电路图；
图4为本发明与传统架构模拟仿真的等效电感值比较图；
图5为本发明与传统架构模拟仿真的等效电容值比较图；
图6为本发明的MCM封装示意图；
图7为本发明的MMIC封装示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例：
一种具有新型平衡网络的宽带多赫蒂功率放大器，包括：
主放大器，至少一个辅助放大器，所述主放大器的输出端和辅助放大器的输出端分别连接一平衡网络；
平衡网络包括依次串联的感性元件、传输线和短截线，所述感性元件串联传输线，所述传输线连接短截线，所述短截线的自由端开路。
如图3所示，本实施例以一个辅助放大器为例进行说明，当存在多个辅助放大器时，以此类推，分别设置平衡网络和其他匹配结构。
信号输入端RF in连接功率分配单元PD，射频信号从功率分配单元PD的输入端进入，功率分配单元PD的耦合端与主输入匹配网络IMM的输入端连接，主输入匹配网络IMM的输出端连接主放大器M的输入端，功率分配单元PD的直通端与辅输入匹配网络IMP的输入端连接，辅输入匹配网络IMP的输出端与相位平衡网络PBN的输入端连接，相位平衡网络PBN的输出端连接辅助放大器P的输入端。主放大器M的输出端连接主平衡网络BM，辅助放大器P的输出端连接辅平衡网络BP。
主平衡网络BM和辅平衡网络BP平衡网络的结构相同，主平衡网络BM包括依次串联的感性元件LM、传输线TM和短截线FM，感性元件LM串联传输线TM，传输线TM连接短截线FM，短截线FM的自由端开路，即开路短截线；辅平衡网络BP包括依次串联的感性元件LP、传输线TP和短截线FP，感性元件LP串联传输线TP，传输线TP连接短截线FP，短截线FP的自由端开路。
感性元件（LM、LP）可以为电感，可以为一个或者多个，传输线（TM、TP）也可以是一个或者多个，短截线（FM、FP）也可以为一个或者多个。短截线是用于连接的传输线或波导。
感性元件、传输线和开路短截线的等效电感之和与放大器的漏源寄生电容形成谐振，感性元件和传输线用于连接和调整输出谐振频率，短截线用于将射频信号短路并将直流信号开路，同时兼具调整输出谐振频率的作用。输出谐振频率决定着平衡晶体管寄生参数的频率响应效果。根据不同的设计要求选择合适的输出谐振频率，通常将输出谐振频率设计为工作频带的带内或下方。输出谐振频率Fres由如下计算公式得出：
Li为感性元件的等效电感，Lt为传输线等效电感，Ls为开路短截线等效电感，Cds为晶体管漏源寄生电容。这样可以通过输出谐振频率计算出各个元件的等效电感。再通过等效电感和其他设计考量，得到相应的元件参数。如，通过传输线等效电感可以计算出传输线的长度，并根据具体的功率容量要求选择合适的宽度。通过短截线等效电感以及相应的等效电容计算出短截线的尺寸，等效选取电容的原则是保持所需等效电感的同时，等效电容尽量的小。
平衡网络能够平衡有源器件的源漏电容，减小输出匹配网络的传输相位，使得输出单元相位小于90度，同时不需要接地电容，只有较小的短截线等效电容。如图4所示，短截线等效电容只有传统隔直电容容值的5分之一甚至更小。而获得的电感量却几乎一样，如图5所示。使得视频带宽得到了很大的扩展。
一较佳的实施例中，主放大器M的输出端还连接主输出匹配网络OMM，辅助放大器P的输出端还连接辅输出匹配网络OMP，主输出匹配网络OMM通过高阻延迟线DL连接辅输出匹配网络OMP。
一较佳的实施例中，主输出匹配网络OMM的输出端还连接阻抗变换线TL，阻抗变换线TL的另一端作为信号输出端RF out。
本发明的封装形式，可以采用MCM (多芯片模组)混合集成的实现方式也可以采用MMIC (微波单片电路)单片集成的方式。
采用MCM (多芯片模组)混合集成的实现方式如图6所示，将所有有源器件（M、P）和外围匹配电路（IM1、OM1）置于同一底座上面，通过键合线连接，外围匹配电路可以是PCB(印刷电路)，陶瓷基板等平面电路，也可以是IPD（集成无源器件）。设计灵活，尺寸小，成本低。
采用MMIC (微波单片电路)单片集成的方式如图7所示，所有元件（包括有源和无源器件）制作在单片电路的衬底上。尺寸小，生产一致性好。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (4)

1.一种具有新型平衡网络的宽带多赫蒂功率放大器，包括：
主放大器，至少一个辅助放大器，其特征在于，所述主放大器的输出端和辅助放大器的输出端分别连接一平衡网络；
所述平衡网络包括依次串联的感性元件、传输线和短截线，所述感性元件串联传输线，所述传输线连接短截线，所述短截线的自由端开路；所述短截线用于将射频信号短路并将直流信号开路，并用于调整输出谐振频率；
所述感性元件、传输线和开路短截线的等效电感之和与放大器的漏源寄生电容形成谐振。
2.根据权利要求1所述的具有新型平衡网络的宽带多赫蒂功率放大器，其特征在于，所述主放大器的输出端还连接主输出匹配网络，所述辅助放大器的输出端还连接辅输出匹配网络，所述主输出匹配网络通过高阻延迟线连接辅输出匹配网络。
3.根据权利要求2所述的具有新型平衡网络的宽带多赫蒂功率放大器，其特征在于，所述主输出匹配网络的输出端还连接阻抗变换线，所述阻抗变换线的另一端作为信号输出端。
4.根据权利要求1所述的具有新型平衡网络的宽带多赫蒂功率放大器，其特征在于，信号输入端连接功率分配单元，所述功率分配单元的耦合端与主输入匹配网络的输入端连接，所述主输入匹配网络的输出端连接主放大器的输入端，所述功率分配单元的直通端与辅输入匹配网络的输入端连接，所述辅输入匹配网络的输出端与相位平衡网络的输入端连接，所述相位平衡网络的输出端连接辅助放大器的输入端。
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