CN117176095A - 一种输入功率自适应分配Doherty功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输入功率自适应分配Doherty功率放大器，输入功率分配器的输入端连接射频输入信号，输入功率分配器的第一输出端连接载波功放网络的输入端，输入功率分配器的第二输出端连接峰值功放网络的输入端，载波功放网络和峰值功放网络的输出端连接功率合成网络的输入端。本发明根据输入功率的大小自动控制流入到载波功放网络和峰值功放网络中的功率大小，低功率模式时，大部分输入功率输入到载波功放网络中；高功率模式时，大部分输入功率输入到峰值功放中，提高了峰值功放的增益；同时，通过功率分配比可变的输入功率分配器实现预失真功能，线性化了Doherty PA的输出功率，同时还有尺寸小、成本低、集成度高的优点。

Description

一种输入功率自适应分配Doherty功率放大器

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，更具体地说，涉及一种输入功率自适应分配Doherty功率放大器。

背景技术

现代高速无线通信对高数据率传输的需求日益增长，这要求信号的调制方式采用具有高峰均比(PAPR)的信号调制制式，而高峰均比信号要求无线通信功率放大器具有较高的线性以保证信号不失真的传输。无线通信功率放大器为了保持高线性工作，通常工作在远离功率压缩点(P1dB)的功率回退状态，但随着输出功率的降低，功率放大器的效率也随之迅速降低。Doherty技术基于输出端的负载调制，负载阻抗是动态调节的，根据调制后负载阻抗值的大小，可以在不同的功率点达到最大效率，从而提高功率放大器在低输出功率时的效率，是放大高峰均比信号的优选方案。Doherty PA(多赫蒂功率放大器)具有简单的电路拓扑结构，不需要额外的控制电路，也不会受到控制电路的带宽限制，容易实现，而且易与其它效率提升技术相结合使用，是一种非常具有竞争力的技术。

如图1所示，现有的Doherty PA技术采用电流合成的结构，采用四分之一波长传输线实现有源负载调制。结构上，输入端由威尔金森功率分配器将输入功率等分，分别输入到并联连接的载波功放和峰值功放两个放大器中。载波放大器的输出端通过输出匹配网络1连接特征阻抗为Z0的四分之一波长传输线，峰值放大器的输出端通过输出匹配网络2连接到功率合成点A。负载RL通过特征阻抗为四分之一波长的传输线连接到功率合成点A，实现负载阻抗到Z0/2的变换。载波放大器偏置在Class AB或Class B，峰值放大器偏置在Class C。在低输出功率状态下，峰值放大器处于关闭状态，载波放大器的负载阻抗为2Ropt。在高输出功率状态下，峰值放大器打开，载波放大器的负载阻抗随着输入功率的增加从2Ropt变化到Ropt，峰值放大器的负载阻抗也随着输入功率增加到最大输入功率值时逐步减小到Ropt，两个放大器要在功率合成点实现同相功率合成，所以峰值功放的输入端增加了四分之一波长传输线，补偿了载波功放通路的相位差。由于这种负载调制的变化，Doherty PA在功率回退时呈现出了较高的效率。

现有的Doherty PA中，峰值功放偏置在C类，载波功放偏置在AB类，峰值功放的功率增益比载波功放的增益低。Doherty PA工作在高输出功率模式时，峰值功放的负载没有被调制到足够低的水平，导致其最大输出功率小，载波功放和峰值功放的负载阻抗不能被完全调制，载波功放和峰值功放合成后的输出功率比负载完全调制时降低了，幅度-幅度调制(AM-AM)特性也变差。而且，由于峰值功放的软开关特性，导致了在功率回退时，载波功放面临的负载被提早向下牵引了，效率也被拉低了。同时，由于载波功放和峰值功放都没有达到理想的输出功率状态，载波功放和峰值功放的三阶互调项不能够实现理想的对消，Doherty PA的线性度也恶化了。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提出一种。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提出一种输入功率自适应分配Doherty功率放大器，包括：输入功率分配器、载波功放网络、峰值功放网络和功率合成网络；

所述输入功率分配器的输入端连接射频输入信号，所述输入功率分配器的第一输出端连接所述载波功放网络的输入端，所述输入功率分配器的第二输出端连接所述峰值功放网络的输入端，所述载波功放网络和所述峰值功放网络的输出端连接所述功率合成网络的输入端。

在一些实施例中，所述载波功放网络包括：第一一级放大单元、第一巴伦结构单元和阻抗反转单元；

所述第一一级放大单元的输入端连接所述输入功率分配器的第一输出端，所述第一一级放大单元的输出端连接所述第一巴伦结构单元的输入端，所述第一巴伦结构单元的输出端连接所述阻抗反转单元的输入端，所述阻抗反转单元的输出端连接所述功率合成网络的输入端。

在一些实施例中，所述峰值功放网络包括：第二一级放大单元、第二巴伦结构单元和相位补偿单元；

所述第二一级放大单元的输入端连接所述输入功率分配器的第二输出端，所述第二一级放大单元的输出端连接所述第二巴伦结构单元的输入端，所述第二巴伦结构单元的输出端连接所述相位补偿单元的输入端，所述相位补偿单元的输出端连接所述功率合成网络的输入端。

在一些实施例中，所述输入功率分配器包括：电感L1、电容C1和电容C2；

所述电感L1的第一端连接所述射频输入信号、所述第一一级放大单元的输入端和所述电容C1的第一端，所述电容C1的第二端接地；

所述电感L1的第二端连接所述第二一级放大单元的输入端和所述电容C2的第一端，所述电容C2的第二端接地。

根据权利要求4所述的输入功率自适应分配Doherty功率放大器，其特征在于，所述第一一级放大单元包括:补偿线K1、第一输入匹配电路和放大器PA1，所述第一巴伦结构单元包括：变压器XFM1、放大器PA3、放大器PA4、电容C3，所述阻抗反转单元包括：传输线K2和传输线K3，所述传输线K2和传输线K3为1/4波长传输线；

所述补偿线K1的第一端连接所述电感L1的第一端，所述补偿线K1的第二端连接所述第一输入匹配电路的输入端，所述第一输入匹配电路的输出端连接所述放大器PA1的输入端；

所述变压器XFM1包括互相耦合的初级线圈Lp1和次级线圈Ls1；

所述放大器PA1的输出端连接所述初级线圈Lp1的第一端，所述初级线圈Lp1的第二端接地，所述次级线圈Ls1的第一端连接所述放大器PA3的输入端，所述放大器PA3的输出端串联所述传输线K2后连接所述功率合成网络的第一输入端，所述次级线圈Ls1的第二端连接所述放大器PA4的输入端，所述放大器PA4的输出端串联所述传输线K3后连接所述功率合成网络的第二输入端，所述放大器PA3的输入端和所述放大器PA4的输入端间并联有所述电容C3。

在一些实施例中，所述第二一级放大单元包括:第二输入匹配电路和放大器PA2，所述第二巴伦结构单元包括：变压器XFM2、放大器PA5、放大器PA6、电容C4，所述阻抗反转单元包括：补偿线K4和补偿线K5，所述补偿线K2和补偿线K3为相位补偿线；

所述第二输入匹配电路的输入端连接所述电感L1的第二端，所述第二输入匹配电路的输出端连接所述放大器PA2的输入端；

所述变压器XFM2包括互相耦合的初级线圈Lp2和次级线圈Ls2；

所述放大器PA2的输出端连接所述初级线圈Lp2的第一端，所述初级线圈Lp2的第二端接地，所述次级线圈Ls2的第一端连接所述放大器PA5的输入端，所述放大器PA5的输出端串联所述补偿线K4后连接所述功率合成网络的第三输入端，所述次级线圈Ls2的第二端连接所述放大器PA6的输入端，所述放大器PA6的输出端串联所述补偿线K5后连接所述功率合成网络的第四输入端，所述放大器PA5的输入端和所述放大器PA6的输入端间并联有所述电容C4。

在一些实施例中，所述功率合成网络包括：变压器XFM3、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8；

所述变压器XFM3包括初级线圈LP3、初级线圈LP4、次级线圈Ls3和次级线圈Ls4；

所述初级线圈LP3的第一端连接所述传输线K2的第二端，所述初级线圈LP3的第二端连接所述传输线K3的第二端，所述初级线圈LP3的两端并联有所述电容C5；

所述初级线圈LP4的第一端连接所述补偿线K4的第二端，所述初级线圈LP4的第二端连接所述传输线K5的第二端，所述初级线圈LP4的两端并联有所述电容C7；

所述次级线圈Ls3与所述初级线圈Lp3相互耦合，所述次级线圈Ls3的两端并联有所述电容C6；

所述次级线圈Ls4与所述初级线圈Lp4相互耦合，所述次级线圈Ls4的两端并联有所述电容C8；

所述次级线圈Ls3的第二端与所述次级线圈Ls4的第一端共地连接，所述次级线圈Ls3的第一端与所述次级线圈Ls4的第二端为所述功率合成网络的输出端，用于连接外部负载。

在一些实施例中，所述第一一级放大单元包括:补偿线K1、电感L2、电容C9和功率管Q1，所述第一巴伦结构单元包括：变压器XFM1、功率管Q3、功率管Q4、电容C3，所述阻抗反转单元包括：传输线K2和传输线K3，所述传输线K2和传输线K3为1/4波长传输线；

所述变压器XFM1包括互相耦合的初级线圈Lp1和次级线圈Ls1；

所述补偿线K1的第一端连接所述电感L1的第一端，所述补偿线K1的第二端连接所述电感L2的第一端、所述电容C9的第二端，所述电感L2的第二端接地，所述电容C9的第二端连接所述功率管Q1的基极，所述功率管Q1的发射极接地；

所述功率管Q1的集电极连接所述初级线圈Lp1的第一端，所述初级线圈Lp1的第二端连接电源VCC，所述次级线圈Ls1的第一端连接所述功率管Q3的基极，所述功率管Q3的集电极串联所述传输线K2后连接所述功率合成网络的第一输入端，所述功率管Q3的发射极接地，所述次级线圈Ls1的第二端连接所述功率管Q4的基极，所述功率管Q4的集电极串联所述传输线K3后连接所述功率合成网络的第二输入端，所述功率管Q4的发射极接地，所述功率管Q3的基极和所述功率管Q4的基极间并联有所述电容C3。

在一些实施例中，所述第二一级放大单元包括:电感L3、电容C10和功率管Q2，所述第二巴伦结构单元包括：变压器XFM2、功率管Q5、功率管Q6、电容C4，所述阻抗反转单元包括：补偿线K4和补偿线K5，所述补偿线K2和补偿线K3为相位补偿线；

所述变压器XFM2包括互相耦合的初级线圈Lp2和次级线圈Ls2；

所述电感L3的第一端连接所述电感L1的第二端和所述电容C10的第一端，所述电感L3的第二端接地，所述电容C10的第二端连接所述功率管Q2的基极，所述功率管Q2的发射极接地；

所述功率管Q2的集电极连接所述初级线圈Lp2的第一端，所述初级线圈Lp2的第二端连接所述电源VCC，所述次级线圈Ls2的第一端连接所述功率管Q5的基极，所述功率管Q5的集电极串联所述补偿线K4后连接所述功率合成网络的第三输入端，所述功率管Q5的发射极接地，所述次级线圈Ls2的第二端连接所述功率管Q6的基极，所述功率管Q6的集电极串联所述补偿线K5后连接所述功率合成网络的第四输入端，所述功率管Q6的发射极接地，所述功率管Q5的基极和所述功率管Q6的基极间并联有所述电容C4。

在一些实施例中，所述功率合成网络包括：变压器XFM3、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8；

所述变压器XFM3包括初级线圈LP3、初级线圈LP4、次级线圈Ls3和次级线圈Ls4；

所述初级线圈LP3的第一端连接所述传输线K2的第二端，所述初级线圈LP3的第二端连接所述传输线K3的第二端，所述初级线圈LP3的两端并联有所述电容C5，所述初级线圈LP3的中间抽头连接所述电源VCC；

所述初级线圈LP4的第一端连接所述补偿线K4的第二端，所述初级线圈LP4的第二端连接所述传输线K5的第二端，所述初级线圈LP4的两端并联有所述电容C7，所述初级线圈LP4的中间抽头连接所述电源VCC；

所述次级线圈Ls3与所述初级线圈Lp3相互耦合，所述次级线圈Ls3的两端并联有所述电容C6；

所述次级线圈Ls4与所述初级线圈Lp4相互耦合，所述次级线圈Ls4的两端并联有所述电容C8；

所述次级线圈Ls3的第二端与所述次级线圈Ls4的第一端共地连接，所述次级线圈Ls3的第一端与所述次级线圈Ls4的第二端为所述功率合成网络的输出端，用于连接外部负载。

实施本发明的输入功率自适应分配Doherty功率放大器，具有以下有益效果：本发明通过输入功率分配器动态控制输入到载波功放和峰值功放的功率，根据输入功率的大小自动控制流入到载波功放网络和峰值功放网络中的功率大小，Doherty PA工作在低功率模式时，输入功率处于低输入功率区间，峰值功放网络关闭，大部分输入功率输入到载波功放网络中；Doherty PA工作在高功率模式时，输入功率处于高输入功率区间，载波功放网络进入饱和放大状态，大部分输入功率输入到峰值功放中，提高了峰值功放的增益。同时，通过功率分配比可变的输入功率分配器实现预失真功能，线性化了Doherty PA的输出功率，同时还有尺寸小、成本低、集成度高的优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是背景技术中所述的电压合成式Doherty PA；

图2是本发明的原理图一；

图3是本发明的原理图二；

图4是本发明的输入功率分配器的原理图；

图5是本发明的电路图一；

图6是本发明的电路图二。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明的输入功率自适应分配Doherty功率放大器，包括：输入功率分配器100、载波功放网络200、峰值功放网络300和功率合成网络400；输入功率分配器100的输入端连接射频输入信号，输入功率分配器100的第一输出端连接载波功放网络200的输入端，输入功率分配器100的第二输出端连接峰值功放网络300的输入端，载波功放网络200和峰值功放网络300的输出端连接功率合成网络400的输入端。

具体地，输入功率分配器100接入射频输入信号RFin，并根据射频输入信号RFin的功率大小，以及载波功放网络200、峰值功放网络300的输入阻抗，将RFin按比例分配为RF1和RF2信号，RF1信号输入载波功放网络200并进行放大，RF2信号输入峰值功放网络300并进行放大，放大后的RF1和RF2信号，输入到功率合成网络400进行合成，同时将两路差分信号转换成单端输出信号。本发明的输入功率自适应分配Doherty PA根据输入功率的大小自动控制流入到载波功放网络200和峰值功放网络300中的功率大小，Doherty PA工作在低功率模式时，输入功率处于低输入功率区间，峰值功放网络300关闭，大部分输入功率输入到载波功放网络200中；Doherty PA工作在高功率模式时，输入功率处于高输入功率区间，载波功放网络200进入饱和放大状态，大部分输入功率输入到峰值功放网络300中，提高了峰值功放的增益；同时，通过功率分配比可变的输入功率分配器100实现预失真功能，线性化了Doherty PA的输出功率。

优选地，在部分实施例中，如图3所示，载波功放网络200包括：第一一级放大单元201、第一巴伦结构单元202和阻抗反转单元203；第一一级放大单元201的输入端连接输入功率分配器100的第一输出端，第一一级放大单元201的输出端连接第一巴伦结构单元202的输入端，第一巴伦结构单元202的输出端连接阻抗反转单元203的输入端，阻抗反转单元203的输出端连接功率合成网络400的输入端。

具体地，输入功率分配器100将输入信号RFin分为两路输出信号，其中第一路输出信号RF1输入到载波功放网络200，RF1信号经过第一一级放大单元201放大后输入到第一巴伦结构单元202，并变换为差分信号进行放大，再经过阻抗反转网络后连接到功率合成网络400。

优选地，在部分实施例中，峰值功放网络300包括：第二一级放大单元301、第二巴伦结构单元302和相位补偿单元303；第二一级放大单元301的输入端连接输入功率分配器100的第二输出端，第二一级放大单元301的输出端连接第二巴伦结构单元302的输入端，第二巴伦结构单元302的输出端连接相位补偿单元303的输入端，相位补偿单元303的输出端连接功率合成网络400的输入端。

具体地，输入功率分配器100将输入信号RFin分为两路输出信号，其中第二路输出信号RF2输入到峰值功放网络300，RF2信号经过第二一级放大单元301放大后输入到第二巴伦结构单元302，并变换为差分信号进行放大，再经过相位补偿网络后连接到功率合成网络400。

优选地，在部分实施例中，如图5所示，输入功率分配器100包括：电感L1、电容C1和电容C2；电感L1的第一端连接射频输入信号、第一一级放大单元201的输入端和电容C1的第一端，电容C1的第二端接地；电感L1的第二端连接第二一级放大单元301的输入端和电容C2的第一端，电容C2的第二端接地。

具体地，输入功率分配器100由PI型C-L-C组成，由电容C1、电感L1和电容C2组成，将射频输入信号RFin变换后分成两路信号RF1和RF2。如图4所示，G1和G2分别为载波功放网络200和峰值功放网络300的输入导纳。串联电感L1的电抗为jX0，并联电容C1和C2的电抗为jB0。L1的电抗值jX0(X0＝2B0/(B0²+G2²))，使RF2信号端口的导纳Y2＝G2+jB0变换为其共轭值Y2^*＝G2-jB0。Y2^*与RF1信号端口的导纳Y1＝G1+jB0并联后的导纳Y_IN＝G1+G2＝0.02s，与信号源阻抗ZG(ZG＝1/(G1+G2)＝50Ω)匹配,实现信号的最大功率传输。RF1信号端口的电压V1和RF2信号端口的电压V2幅度相等，相位差φ0＝-2arctan(B0/G1)。两端口的电纳B0，可根据需要选择，控制Doherty PA工作在回退输出功率时两端口的功率分配比。根据功率管的特性，优化G1、G2和B0值，使得Doherty PA工作在低功率模式时，较多的功率输入到载波功率放大器中，而在高功率模式时，较多的功率输入到峰值功率放大器中。

优选地，在部分实施例中，第一一级放大单元201包括:补偿线K1、第一输入匹配电路和放大器PA1，第一巴伦结构单元202包括：变压器XFM1、放大器PA3、放大器PA4、电容C3，阻抗反转单元203包括：传输线K2和传输线K3，传输线K2和传输线K3为1/4波长传输线；补偿线K1的第一端连接电感L1的第一端，补偿线K1的第二端连接第一输入匹配电路的输入端，第一输入匹配电路的输出端连接放大器PA1的输入端；变压器XFM1包括互相耦合的初级线圈Lp1和次级线圈Ls1；

放大器PA1的输出端连接初级线圈Lp1的第一端，初级线圈Lp1的第二端接地，次级线圈Ls1的第一端连接放大器PA3的输入端，放大器PA3的输出端串联传输线K2后连接功率合成网络400的第一输入端，次级线圈Ls1的第二端连接放大器PA4的输入端，放大器PA4的输出端串联传输线K3后连接功率合成网络400的第二输入端，放大器PA3的输入端和放大器PA4的输入端间并联有电容C3。

具体地，RF1信号经过相位补偿线K1和第一输入匹配电路输入到放大器PA1中，PA1放大后的单端信号经过巴伦结构的变压器XFM1变换为差分信号，分别输入到放大器PA3和PA4中进行放大，放大后的信号经过1/4波长传输线的阻抗反转网络，连接到功率合成网络400的MA+和MA-端口。电容C3并联在放大器PA3和PA4的输入端中间，调节阻抗变换，使放大器PA3和PA4的输入阻抗变换到PA1的最优输出功率阻抗。其中，PA1为驱动放大器，包括但不限于为晶体管。同时，本发明中所述的放大器均包括但不限于为晶体管。

优选地，在部分实施例中，第二一级放大单元301包括:第二输入匹配电路和放大器PA2，第二巴伦结构单元302包括：变压器XFM2、放大器PA5、放大器PA6、电容C4，阻抗反转单元203包括：补偿线K4和补偿线K5，补偿线K2和补偿线K3为相位补偿线；第二输入匹配电路的输入端连接电感L1的第二端，第二输入匹配电路的输出端连接放大器PA2的输入端；变压器XFM2包括互相耦合的初级线圈Lp2和次级线圈Ls2；放大器PA2的输出端连接初级线圈Lp2的第一端，初级线圈Lp2的第二端接地，次级线圈Ls2的第一端连接放大器PA5的输入端，放大器PA5的输出端串联补偿线K4后连接功率合成网络400的第三输入端，次级线圈Ls2的第二端连接放大器PA6的输入端，放大器PA6的输出端串联补偿线K5后连接功率合成网络400的第四输入端，放大器PA5的输入端和放大器PA6的输入端间并联有电容C4。

具体地，RF2信号经过第二输入匹配网络后输入到放大器PA2中，PA2为驱动放大器，PA2放大后的单端信号经过巴伦结构的变压器XFM2变换为差分信号，分别输入到放大器PA5和PA6中进行放大，放大后的信号经过相位补偿线K4和补偿线K5组成的相位补偿网络后，输入到,功率合成网络400的Aux+和Aux-端口。电容C4并联在放大器PA5和PA6的输入端中间，调节阻抗变换，使放大器PA5和PA6的输入阻抗变换到PA2的最优输出功率阻抗。

优选地，在部分实施例中，功率合成网络400包括：变压器XFM3、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8；变压器XFM3包括初级线圈LP3、初级线圈LP4、次级线圈Ls3和次级线圈Ls4；初级线圈LP3的第一端连接传输线K2的第二端，初级线圈LP3的第二端连接传输线K3的第二端，初级线圈LP3的两端并联有电容C5；初级线圈LP4的第一端连接补偿线K4的第二端，初级线圈LP4的第二端连接传输线K5的第二端，初级线圈LP4的两端并联有电容C7；次级线圈Ls3与初级线圈Lp3相互耦合，次级线圈Ls3的两端并联有电容C6；次级线圈Ls4与初级线圈Lp4相互耦合，次级线圈Ls4的两端并联有电容C8；次级线圈Ls3的第二端与次级线圈Ls4的第一端共地连接，次级线圈Ls3的第一端与次级线圈Ls4的第二端为功率合成网络400的输出端，用于连接外部负载。

具体地，功率合成网络400为电流式合成网络，两路信号在变压器XFM3作用下完成同相功率合成，同时将两路差分信号转换成单端输出信号RFout。电容C5并联在初级线圈Lp3两端，电容C6并联在次级线圈Ls3两端，形成谐振网络，实现阻抗变换，将负载RL的阻抗变换到载波功放网络200输出的功率最优阻抗；电容C7并联在初级线圈Lp4两端，电容C8并联在次级线圈Ls4两端，形成谐振网络，实现阻抗变换，将负载RL的阻抗变换到峰值功放网络300输出的功率最优阻抗。

可选地，第一输入匹配网络和第二输入匹配网络采用现有技术，或者是LC振荡电路，放大器采用晶体管。

如图6所示，在部分实施例中，第一一级放大单元201包括:补偿线K1、电感L2、电容C9和功率管Q1，第一巴伦结构单元202包括：变压器XFM1、功率管Q3、功率管Q4、电容C3，阻抗反转单元203包括：传输线K2和传输线K3，传输线K2和传输线K3为1/4波长传输线；变压器XFM1包括互相耦合的初级线圈Lp1和次级线圈Ls1；补偿线K1的第一端连接电感L1的第一端，补偿线K1的第二端连接电感L2的第一端、电容C9的第二端，电感L2的第二端接地，电容C9的第二端连接功率管Q1的基极，功率管Q1的发射极接地；功率管Q1的集电极连接初级线圈Lp1的第一端，初级线圈Lp1的第二端连接电源VCC，次级线圈Ls1的第一端连接功率管Q3的基极，功率管Q3的集电极串联传输线K2后连接功率合成网络400的第一输入端，功率管Q3的发射极接地，次级线圈Ls1的第二端连接功率管Q4的基极，功率管Q4的集电极串联传输线K3后连接功率合成网络400的第二输入端，功率管Q4的发射极接地，功率管Q3的基极和功率管Q4的基极间并联有电容C3。

第二一级放大单元301包括:电感L3、电容C10和功率管Q2，第二巴伦结构单元302包括：变压器XFM2、功率管Q5、功率管Q6、电容C4，阻抗反转单元203包括：补偿线K4和补偿线K5，补偿线K2和补偿线K3为相位补偿线；变压器XFM2包括互相耦合的初级线圈Lp2和次级线圈Ls2；电感L3的第一端连接电感L1的第二端和电容C10的第一端，电感L3的第二端接地，电容C10的第二端连接功率管Q2的基极，功率管Q2的发射极接地；功率管Q2的集电极连接初级线圈Lp2的第一端，初级线圈Lp2的第二端连接电源VCC，次级线圈Ls2的第一端连接功率管Q5的基极，功率管Q5的集电极串联补偿线K4后连接功率合成网络400的第三输入端，功率管Q5的发射极接地，次级线圈Ls2的第二端连接功率管Q6的基极，功率管Q6的集电极串联补偿线K5后连接功率合成网络400的第四输入端，功率管Q6的发射极接地，功率管Q5的基极和功率管Q6的基极间并联有电容C4。

功率合成网络400包括：变压器XFM3、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8；变压器XFM3包括初级线圈LP3、初级线圈LP4、次级线圈Ls3和次级线圈Ls4；初级线圈LP3的第一端连接传输线K2的第二端，初级线圈LP3的第二端连接传输线K3的第二端，初级线圈LP3的两端并联有电容C5，初级线圈LP3的中间抽头连接电源VCC；初级线圈LP4的第一端连接补偿线K4的第二端，初级线圈LP4的第二端连接传输线K5的第二端，初级线圈LP4的两端并联有电容C7，初级线圈LP4的中间抽头连接电源VCC；次级线圈Ls3与初级线圈Lp3相互耦合，次级线圈Ls3的两端并联有电容C6；次级线圈Ls4与初级线圈Lp4相互耦合，次级线圈Ls4的两端并联有电容C8；次级线圈Ls3的第二端与次级线圈Ls4的第一端共地连接，次级线圈Ls3的第一端与次级线圈Ls4的第二端为功率合成网络400的输出端，用于连接外部负载。

具体地，输入信号RFin经输入功率分配器100变换后分成两路信号RF1和RF2。载波功放信号路径中，RF1信号经过相位补偿线K1和电感L2、电容C9组成的匹配网络后输入到驱动放大管Q1的基极，Q1放大后的单端信号经过巴伦结构的变压器XFM1变换为差分信号，输入到功率管Q3和Q4的基极进行放大，放大后的信号经过1/4波长传输线K2和K3组成的阻抗反转网络，连接到功率合成网络400中变压器XFM3的初级线圈Lp3的两端，电容C3并联在功率管Q3和Q4的基极中间，调节阻抗变换，使Q3和Q4的输入阻抗变换到Q1的最优输出功率阻抗。

峰值功放信号路径中，RF2信号经过电感L3、电容C10组成的匹配网络后输入到驱动放大管Q2的基极，Q2放大后的单端信号经过巴伦结构的变压器XFM2变换为差分信号，输入到功率管Q5和Q6的基极进行放大，放大后的信号经过相位补偿线K4和补偿线K5组成的相位补偿网络后，连接到变压器XFM3的初级线圈Lp4两端，电容C4并联在功率管Q5和Q6的基极中间，调节阻抗变换，使Q5和Q6的输入阻抗变换到Q2的最优输出功率阻抗。

电容C5并联在初级线圈Lp3两端，电容C6并联在次级线圈Ls3两端，形成谐振网络，实现阻抗变换，将负载RL的阻抗变换到载波功放输出功率最优阻抗；电容C7并联在初级线圈Lp4两端，电容C8并联在次级线圈Ls4两端，形成谐振网络，实现阻抗变换，将负载RL的阻抗变换到峰值功放输出功率最优阻抗。两路信号在功率合成网络400中完成同相功率合成，同时将两路差分信号转换成单端输出信号RFout。电源VCC通过变压器XFM1的初级线圈Lp1给功率管Q1的集电极供电，通过变压器XFM2的初级线圈Lp2给功率管Q2的集电极供电，通过变压器XFM3的初级线圈Lp3的中心抽头给功率管Q3和Q4的集电极供电，通过变压器XFM3的初级线圈Lp4中心抽头给功率管Q5和Q6的集电极供电。

实施本发明的输入功率自适应分配Doherty功率放大器，具有以下有益效果：本发明通过输入功率分配器100动态控制输入到载波功放和峰值功放的功率，根据输入功率的大小自动控制流入到载波功放网络200和峰值功放网络300中的功率大小，Doherty PA工作在低功率模式时，输入功率处于低输入功率区间，峰值功放网络300关闭，大部分输入功率输入到载波功放网络200中；Doherty PA工作在高功率模式时，输入功率处于高输入功率区间，载波功放网络200进入饱和放大状态，大部分输入功率输入到峰值功放中，提高了峰值功放的增益。同时，通过功率分配比可变的输入功率分配器100实现预失真功能，线性化了Doherty PA的输出功率，同时还有尺寸小、成本低、集成度高的优点。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种输入功率自适应分配Doherty功率放大器，其特征在于，包括：输入功率分配器、载波功放网络、峰值功放网络和功率合成网络；

所述输入功率分配器的输入端连接射频输入信号，所述输入功率分配器的第一输出端连接所述载波功放网络的输入端，所述输入功率分配器的第二输出端连接所述峰值功放网络的输入端，所述载波功放网络和所述峰值功放网络的输出端连接所述功率合成网络的输入端。

2.根据权利要求1所述的输入功率自适应分配Doherty功率放大器，其特征在于，所述载波功放网络包括：第一一级放大单元、第一巴伦结构单元和阻抗反转单元；

所述第一一级放大单元的输入端连接所述输入功率分配器的第一输出端，所述第一一级放大单元的输出端连接所述第一巴伦结构单元的输入端，所述第一巴伦结构单元的输出端连接所述阻抗反转单元的输入端，所述阻抗反转单元的输出端连接所述功率合成网络的输入端。

3.根据权利要求2所述的输入功率自适应分配Doherty功率放大器，其特征在于，所述峰值功放网络包括：第二一级放大单元、第二巴伦结构单元和相位补偿单元；

所述第二一级放大单元的输入端连接所述输入功率分配器的第二输出端，所述第二一级放大单元的输出端连接所述第二巴伦结构单元的输入端，所述第二巴伦结构单元的输出端连接所述相位补偿单元的输入端，所述相位补偿单元的输出端连接所述功率合成网络的输入端。

4.根据权利要求3所述的输入功率自适应分配Doherty功率放大器，其特征在于，所述输入功率分配器包括：电感L1、电容C1和电容C2；

所述电感L1的第一端连接所述射频输入信号、所述第一一级放大单元的输入端和所述电容C1的第一端，所述电容C1的第二端接地；

所述电感L1的第二端连接所述第二一级放大单元的输入端和所述电容C2的第一端，所述电容C2的第二端接地。

5.根据权利要求4所述的输入功率自适应分配Doherty功率放大器，其特征在于，所述第一一级放大单元包括:补偿线K1、第一输入匹配电路和放大器PA1，所述第一巴伦结构单元包括：变压器XFM1、放大器PA3、放大器PA4、电容C3，所述阻抗反转单元包括：传输线K2和传输线K3，所述传输线K2和传输线K3为1/4波长传输线；

所述补偿线K1的第一端连接所述电感L1的第一端，所述补偿线K1的第二端连接所述第一输入匹配电路的输入端，所述第一输入匹配电路的输出端连接所述放大器PA1的输入端；

所述变压器XFM1包括互相耦合的初级线圈Lp1和次级线圈Ls1；所述放大器PA1的输出端连接所述初级线圈Lp1的第一端，所述初级线圈Lp1的第二端接地，所述次级线圈Ls1的第一端连接所述放大器PA3的输入端，所述放大器PA3的输出端串联所述传输线K2后连接所述功率合成网络的第一输入端，所述次级线圈Ls1的第二端连接所述放大器PA4的输入端，所述放大器PA4的输出端串联所述传输线K3后连接所述功率合成网络的第二输入端，所述放大器PA3的输入端和所述放大器PA4的输入端间并联有所述电容C3。

6.根据权利要求5所述的输入功率自适应分配Doherty功率放大器，其特征在于，所述第二一级放大单元包括:第二输入匹配电路和放大器PA2，所述第二巴伦结构单元包括：变压器XFM2、放大器PA5、放大器PA6、电容C4，所述阻抗反转单元包括：补偿线K4和补偿线K5，所述补偿线K2和补偿线K3为相位补偿线；

所述第二输入匹配电路的输入端连接所述电感L1的第二端，所述第二输入匹配电路的输出端连接所述放大器PA2的输入端；

所述变压器XFM2包括互相耦合的初级线圈Lp2和次级线圈Ls2；

所述放大器PA2的输出端连接所述初级线圈Lp2的第一端，所述初级线圈Lp2的第二端接地，所述次级线圈Ls2的第一端连接所述放大器PA5的输入端，所述放大器PA5的输出端串联所述补偿线K4后连接所述功率合成网络的第三输入端，所述次级线圈Ls2的第二端连接所述放大器PA6的输入端，所述放大器PA6的输出端串联所述补偿线K5后连接所述功率合成网络的第四输入端，所述放大器PA5的输入端和所述放大器PA6的输入端间并联有所述电容C4。

7.根据权利要求6所述的输入功率自适应分配Doherty功率放大器，其特征在于，所述功率合成网络包括：变压器XFM3、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8；

所述变压器XFM3包括初级线圈LP3、初级线圈LP4、次级线圈Ls3和次级线圈Ls4；

所述初级线圈LP3的第一端连接所述传输线K2的第二端，所述初级线圈LP3的第二端连接所述传输线K3的第二端，所述初级线圈LP3的两端并联有所述电容C5；

所述初级线圈LP4的第一端连接所述补偿线K4的第二端，所述初级线圈LP4的第二端连接所述传输线K5的第二端，所述初级线圈LP4的两端并联有所述电容C7；

所述次级线圈Ls3与所述初级线圈Lp3相互耦合，所述次级线圈Ls3的两端并联有所述电容C6；

所述次级线圈Ls4与所述初级线圈Lp4相互耦合，所述次级线圈Ls4的两端并联有所述电容C8；

所述次级线圈Ls3的第二端与所述次级线圈Ls4的第一端共地连接，所述次级线圈Ls3的第一端与所述次级线圈Ls4的第二端为所述功率合成网络的输出端，用于连接外部负载。

8.根据权利要求4所述的输入功率自适应分配Doherty功率放大器，其特征在于，所述第一一级放大单元包括:补偿线K1、电感L2、电容C9和功率管Q1，所述第一巴伦结构单元包括：变压器XFM1、功率管Q3、功率管Q4、电容C3，所述阻抗反转单元包括：传输线K2和传输线K3，所述传输线K2和传输线K3为1/4波长传输线；

所述变压器XFM1包括互相耦合的初级线圈Lp1和次级线圈Ls1；

所述补偿线K1的第一端连接所述电感L1的第一端，所述补偿线K1的第二端连接所述电感L2的第一端、所述电容C9的第二端，所述电感L2的第二端接地，所述电容C9的第二端连接所述功率管Q1的基极，所述功率管Q1的发射极接地；

所述功率管Q1的集电极连接所述初级线圈Lp1的第一端，所述初级线圈Lp1的第二端连接电源VCC，所述次级线圈Ls1的第一端连接所述功率管Q3的基极，所述功率管Q3的集电极串联所述传输线K2后连接所述功率合成网络的第一输入端，所述功率管Q3的发射极接地，所述次级线圈Ls1的第二端连接所述功率管Q4的基极，所述功率管Q4的集电极串联所述传输线K3后连接所述功率合成网络的第二输入端，所述功率管Q4的发射极接地，所述功率管Q3的基极和所述功率管Q4的基极间并联有所述电容C3。

9.根据权利要求8所述的输入功率自适应分配Doherty功率放大器，其特征在于，所述第二一级放大单元包括:电感L3、电容C10和功率管Q2，所述第二巴伦结构单元包括：变压器XFM2、功率管Q5、功率管Q6、电容C4，所述阻抗反转单元包括：补偿线K4和补偿线K5，所述补偿线K2和补偿线K3为相位补偿线；

所述变压器XFM2包括互相耦合的初级线圈Lp2和次级线圈Ls2；

所述电感L3的第一端连接所述电感L1的第二端和所述电容C10的第一端，所述电感L3的第二端接地，所述电容C10的第二端连接所述功率管Q2的基极，所述功率管Q2的发射极接地；

所述功率管Q2的集电极连接所述初级线圈Lp2的第一端，所述初级线圈Lp2的第二端连接所述电源VCC，所述次级线圈Ls2的第一端连接所述功率管Q5的基极，所述功率管Q5的集电极串联所述补偿线K4后连接所述功率合成网络的第三输入端，所述功率管Q5的发射极接地，所述次级线圈Ls2的第二端连接所述功率管Q6的基极，所述功率管Q6的集电极串联所述补偿线K5后连接所述功率合成网络的第四输入端，所述功率管Q6的发射极接地，所述功率管Q5的基极和所述功率管Q6的基极间并联有所述电容C4。

10.根据权利要求9所述的输入功率自适应分配Doherty功率放大器，其特征在于，所述功率合成网络包括：变压器XFM3、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8；

所述变压器XFM3包括初级线圈LP3、初级线圈LP4、次级线圈Ls3和次级线圈Ls4；

所述初级线圈LP3的第一端连接所述传输线K2的第二端，所述初级线圈LP3的第二端连接所述传输线K3的第二端，所述初级线圈LP3的两端并联有所述电容C5，所述初级线圈LP3的中间抽头连接所述电源VCC；

所述初级线圈LP4的第一端连接所述补偿线K4的第二端，所述初级线圈LP4的第二端连接所述传输线K5的第二端，所述初级线圈LP4的两端并联有所述电容C7，所述初级线圈LP4的中间抽头连接所述电源VCC；

所述次级线圈Ls3与所述初级线圈Lp3相互耦合，所述次级线圈Ls3的两端并联有所述电容C6；

所述次级线圈Ls4与所述初级线圈Lp4相互耦合，所述次级线圈Ls4的两端并联有所述电容C8；

所述次级线圈Ls3的第二端与所述次级线圈Ls4的第一端共地连接，所述次级线圈Ls3的第一端与所述次级线圈Ls4的第二端为所述功率合成网络的输出端，用于连接外部负载。