CN117674747A - 一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器 - Google Patents
一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117674747A CN117674747A CN202410130735.XA CN202410130735A CN117674747A CN 117674747 A CN117674747 A CN 117674747A CN 202410130735 A CN202410130735 A CN 202410130735A CN 117674747 A CN117674747 A CN 117674747A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power
- transmission line
- power amplifier
- matching circuit
- quarter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 48
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000011166 aliquoting Methods 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 30
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
本发明涉及射频芯片功放技术领域，公开了一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器。包括：输出匹配电路、驱动级功率单元、第一级间匹配电路、第二级间匹配电路、载波功放功率单元、辅助功放功率单元、功率控制电路、电抗负载、50Ω负载以及包括第一四分之一波长传输线、第二四分之一波长传输线、第三四分之一波长传输线、第四四分之一波长传输线首尾相连组成带有四个节点的传输线组，通过驱动级功率单元与Doherty功放相连，提高功放的增益，增加功率控制电路，防止载波功放过饱和，提高了非对称功放的效率。同时输出合成网络增加了一个电抗负载，可以对功放整体的线性度有所提升。因此本发明具有更高的线性度、效率和增益。
Description
技术领域
本发明涉及射频芯片功放技术领域，具体而言，涉及一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器。
背景技术
随着无线通信数据速率的加速增长以及语音和视频等多媒体数据的日益使用，局域网（WLAN）和5G等无线通信系统已被广泛应用于包括手机、平板电脑和笔记本电脑。无线通信不断发展，以适应数据吞吐量的巨大增长，并引入复杂的高峰均功率比（PAPR）调制，如正交频分复用（OFDM）和高阶二次幅度调制（QAM）。这会导致功放效率的急剧下降。因此，对功率放大器提出了更严格的要求。
为了在高PAPR信号下实现高效率，通常采用Doherty功率放大器(DPA)。DPA的结构最早是由W. H. Doherty在1936年提出的，它利用负载调制技术，在饱和输出功率和6db功率回退点均可获得最佳负载阻抗。现有的DPA具有以下缺陷：传统的DPA由于λ /4阻抗变压器的大尺寸，不方便集成在6GHz以下。而且，6db的回退范围还不能满足高阶调制信号的要求。非对称DPA虽然可以实现更大的回退但会导致效率的下降。除此之外，DPA在辅助功放开启和关闭时，会造成线性度的恶化，现代通讯技术如IEEE 802.11ax对线性度有着极高的要求。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器。
为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器。
本发明的有益效果：
一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器，包括：输出匹配电路、驱动级功率单元、第一级间匹配电路、第二级间匹配电路、载波功放功率单元、辅助功放功率单元、功率控制电路、电抗负载、50Ω负载以及包括第一四分之一波长传输线、第二四分之一波长传输线、第三四分之一波长传输线、第四四分之一波长传输线首尾相连组成带有四个节点的传输线组；
其中，输入匹配电路一端与输入信号相连，另一端与驱动级功率单元的基极相连，驱动级功率单元的发射极接地，驱动级功率单元的集电极与功分器的输入端相连，功分器的第一输出端与功率控制电路和第一级间匹配电路的一端相连，第一级间匹配电路的另一端与载波功放功率单元的基极相连，载波功放功率单元的发射极接地，载波功放功率单元的集电极与第一输出匹配电路的一端相连；第一输出匹配电路的另一端与第一节点相连，第一节点分别连接了第一四分之一波长传输线的一端和第二四分之一波长传输线的一端；第一四分之一波长传输线的另一端与第三四分之一波长传输线的一端和电抗负载在第二节点处相连；功分器的第二输出端与第二级间匹配的一端相连，第二级间匹配的另一端与辅助功放功率单元的基极相连，辅助功放功率单元功率单元的发射极接地，辅助功放功率单元的集电极与第二输入匹配电路的一端相连；第二输出匹配的另一端与第二四分之一波长传输线的一端和第四四分之一波长传输线的一端在第三节点相连，第四四分之一波长传输线的另一端与第三四分之一波长传输线和50Ω负载阻抗在第四节点相连。
进一步地，所述的功率控制电路包括3dB耦合器，第一二极管和第二二极管，其中，输入与3dB耦合器的1端相连，3dB耦合器的2端与第二二极管的一端相连，第二二极管的另一端接地；3dB耦合器的3端与第一二极管的一端相连，第一二极管的另一端接地；3dB耦合器的4端为功率控制电路的输出端。
进一步地，所述的驱动级功率单元、载波功放功率单元、辅助功放功率单元均由多个晶体管并联构成，其中载波功放功率单元和辅助功放功率单元晶体管数量的比值为1：1.5。
进一步地，功分器为等分功分器，第一输出和第二输出的功率比为1：1。
本发明的高线性高效率的非对Doherty功率放大器的优点在于，通过驱动级功率单元与Doherty功放相连，提高了功放的增益，另外增加了功率控制电路，防止载波功放过饱和，提高了非对称功放的效率。同时Doherty功放的输出合成网络增加了一个电抗负载，可以对功放整体的线性度有所提升。因此本发明的功放具有更高的线性度、效率和增益。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1示出了本发明的一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器的结构示意图；
图2示出了本发明的一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器的功率控制电路结构示意图；
图3示出了本发明的一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器的3dB耦合器的电路示意图；
图4示出了本发明的一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器的小信号S参数仿真结果图；
图5示出了本发明的一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器的功率回退下的效率提高仿真结果图；
图6示出了本发明的输入匹配电路的电路原理图；
图7示出了本发明的第一级间匹配电路与第二级间匹配电路的电路原理图；
图8示出了本发明的第一输出匹配电路的电路原理图；
图9示出了本发明的第二输出匹配电路的电路原理图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。
图1示出了本发明的一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器的结构示意图如图1所示。一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器，包括，输出匹配电路、驱动级功率单元、第一级间匹配电路、第二级间匹配电路、载波功放功率单元、辅助功放功率单元、功率控制电路、电抗负载、50Ω负载以及包括第一四分之一波长传输线a、第二四分之一波长传输线b、第三四分之一波长传输线c、第四四分之一波长传输线d首尾相连组成带有四个节点的传输线组；
其中，输入匹配电路一端与输入信号相连，另一端与驱动级功率单元的基极相连，驱动级功率单元的发射极接地，驱动级功率单元的集电极与功分器的输入端相连，功分器的第一输出端与功率控制电路和第一级间匹配电路的一端相连，第一级间匹配电路的另一端与载波功放功率单元的基极相连，载波功放功率单元的发射极接地，载波功放功率单元的集电极与第一输出匹配电路的一端相连；第一输出匹配电路的另一端与第一节点相连，第一节点I分别连接了第一四分之一波长传输线的一端和第二四分之一波长传输线的一端；第一四分之一波长传输线的另一端与第三四分之一波长传输线的一端和电抗负载±jX在第二节点II处相连；功分器的第二输出端与第二级间匹配电路的一端相连，第二级间匹配的另一端与辅助功放功率单元的基极相连，辅助功放功率单元功率单元的发射极接地，辅助功放功率单元的集电极与第二输入匹配电路的一端相连；第二输出匹配电路的另一端与第二四分之一波长传输线的一端和第四四分之一波长传输线的一端在第三节点Ⅲ相连，第四四分之一波长传输线的另一端与第三四分之一波长传输线和50Ω负载阻抗在第四节点Ⅳ相连。
输入匹配电路参见图6包括第一电感，与第一电感连接的第二电感和第一电容构成，第一电感的两端分别作为输入端与输出端，第二电感和第一电容的另一端接地。
第一级间匹配电路和第二级间匹配电路采用相同的电路结构，由第三电感，第四电感和第二电容、第三电容构成。参见图7，第二电容与第三电容串联后一端作为输入端，一端作为输出端，第四电感的一端连接在第二电容与第三电容之间，另一端接地，第三电感的一端连接在第二电容的一端，另一端接地。
第一输出匹配电路由第三电感，第五-第七电容、第四-第六电容构成，参见图8，第五电容的一端作为输入端了另一端与第六电容连接，第六电容的剩余一端作为输出端，输入端连接第五电感与第四电容，第五电感与第四电容的另一端接地，第六电感一端接在第五电容与第六电容之间，另一端接地，第七电感的一端接输出端，另一端接地。
第二输出匹配电路由第三电感，第八-第十电容、第七电容和第八电容构成，参加图9，第七电容的一端作为输入端，另一端与第八电容连接，第八电容的另一端作为输出端，第九电感的一端接第七电容与第八电容之间，另一端接地，第八电感的一端接输入端，另一端接地。
参见图2结合图3所示，功率控制电路包括3dB耦合器，第一二极管和第二二极管，其中，输入与3dB耦合器的1端相连，3dB耦合器的2端与第二二极管的一端相连，第二二极管的另一端接地；3dB耦合器的3端与第一二极管的一端相连，第一二极管的另一端接地；3dB耦合器的4端为功率控制电路的输出端。
本发明的高线性高效率的非对Doherty功率放大器的通过驱动级功率单元与Doherty功放相连，两级级联来提高了功放的增益。
另外在非对称Doherty功率放大器中，由于载波功放的过饱和，会导致DPA效率的整下下降，在两个峰值效率的中间出现一个较深的凹陷，导致平均效率的下降。因此本发明的驱动级功率单元、载波功放功率单元、辅助功放功率单元均由多个晶体管并联构成，其中载波功放功率单元和辅助功放功率单元晶体管数量的比值为1：1.5，构成非对称Doherty功率放大器以提高功率回退范围。功分器的输出1和输出2的功率比为1：1，为等分功分器。另外，增加了功率控制电路，防止载波功放过饱和，有效的提高功放两个峰值效率之间的凹陷，因此提高了非对称功放的平均效率。
同时Doherty功放的输出合成网络增加了一个电抗负载，电抗负载可以为DPA整体的AM-AM和AM-PM提供了扩展的设计空间，可以对功放整体的线性度有所提升。因此本发明所设计的功放具有更高的线性度、效率和增益。
图2示出了本发明的一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器的功率控制电路示意图包括：参见图2所示，功率控制电路包括3dB耦合器，第一二极管和第二二极管，其中，3dB耦合器由4个相同的电感L和3个相同的电容C构成，包含四个端口，1端口为耦合器的信号输入端口，2端口耦合器的直通端口，3端口为耦合器的耦合端口同时也为信号输出端口，4端口为耦合器的隔离端口， 功率控制电路的输入为3dB耦合器的1端口，3dB耦合器的2端与第二二极管的一端相连，第二二极管的另一端接地；3dB耦合器的4端与第一二极管的一端相连，第一二极管的另一端接地；3dB耦合器的3端为功率控制电路的输出端。
在低功率水平下，二极管的反射最大（相当于开路），因此输出功率等于输入功率减去耦合器的插入损耗。在高功率水平下，在阈值输入功率之后，二极管的反射系数随着入射功率的增加而减小，因此可以将载波功放输入端的功率控制在一定范围内，保护载波功放免于过饱和现象困扰，从而改善大回退Doherty功放在回退区间内的整体效率。
为了更清晰的了解该一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器的性能，图4示出了本发明的一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器的小信号S参数仿真结果图，本发明所述的一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器在1.75-2.45GHz范围内可以实现大于25dB的小型化增益。
图5示出了一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器的功率回退下的效率提高仿真结果图。在2.45GHz频率下，通过大信号HB1仿真，对功率附加效率和输出功率进行反正，本发明所述的一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器可以实现8dB左右的功率回退。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器，其特征在于，包括：输入匹配电路、驱动级功率单元、第一级间匹配电路、第二级间匹配电路、载波功放功率单元、辅助功放功率单元、功率控制电路、电抗负载、50Ω负载以及包括第一四分之一波长传输线、第二四分之一波长传输线、第三四分之一波长传输线、第四四分之一波长传输线首尾相连组成带有四个节点的传输线组；
其中，输入匹配电路一端与输入信号相连，另一端与驱动级功率单元的基极相连，驱动级功率单元的发射极接地，驱动级功率单元的集电极与功分器的输入端相连，功分器的第一输出端与功率控制电路和第一级间匹配电路的一端相连，第一级间匹配电路的另一端与载波功放功率单元的基极相连，载波功放功率单元的发射极接地，载波功放功率单元的集电极与第一输出匹配电路的一端相连；第一输出匹配电路的另一端与第一节点相连，第一节点分别连接了第一四分之一波长传输线的一端和第二四分之一波长传输线的一端；第一四分之一波长传输线的另一端与第三四分之一波长传输线的一端和电抗负载在第二节点处相连；
功分器的第二输出端与第二级间匹配电路的一端相连，第二级间匹配电路的另一端与辅助功放功率单元的基极相连，辅助功放功率单元的发射极接地，辅助功放功率单元的集电极与第二输出匹配电路的一端相连；第二输出匹配的另一端与第二四分之一波长传输线的一端和第四四分之一波长传输线的一端在第三节点相连，第四四分之一波长传输线的另一端与第三四分之一波长传输线和50Ω负载阻抗在第四节点相连。
2.按照权利要求1所述的高线性高效率的非对Doherty功率放大器，其特征在于，所述的功率控制电路包括3dB耦合器，第一二极管和第二二极管，其中，输入与3dB耦合器的1端相连，3dB耦合器的2端与第二二极管的一端相连，第二二极管的另一端接地；3dB耦合器的3端与第一二极管的一端相连，第一二极管的另一端接地；3dB耦合器的4端为功率控制电路的输出端。
3.按照权利要求1所述的高线性高效率的非对Doherty功率放大器，其特征在于，所述的载波功放功率单元和辅助功放功率单元均由多个晶体管并联构成，其中载波功放功率单元和辅助功放功率单元晶体管数量的比值为1：1.5。
4.按照权利要求1所述的高线性高效率的非对Doherty功率放大器，其特征在于，功分器为等分功分器，第一输出和第二输出的功率比为1：1。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410130735.XA CN117674747B (zh) | 2024-01-31 | 2024-01-31 | 一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410130735.XA CN117674747B (zh) | 2024-01-31 | 2024-01-31 | 一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117674747A true CN117674747A (zh) | 2024-03-08 |
| CN117674747B CN117674747B (zh) | 2024-04-12 |
Family
ID=90082861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410130735.XA Active CN117674747B (zh) | 2024-01-31 | 2024-01-31 | 一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117674747B (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102355198A (zh) * | 2011-08-01 | 2012-02-15 | 深圳大学 | 多路非对称Doherty功率放大器 |
| CN102882475A (zh) * | 2012-09-28 | 2013-01-16 | 京信通信系统（中国）有限公司 | 射频功放电路的带宽扩展方法和装置 |
| CN203151433U (zh) * | 2012-09-14 | 2013-08-21 | 清华大学 | 一种基于t型网络和耦合线的双频同步式功率放大器 |
| CN105471398A (zh) * | 2014-08-25 | 2016-04-06 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种功率放大器电路及功率放大器 |
| CN106301238A (zh) * | 2016-07-25 | 2017-01-04 | 杭州电子科技大学 | 一种高功率高效率Doherty功率放大器 |
| CN114142813A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-03-04 | 东南大学 | 一种基于准椭圆低通滤波结构的毫米波Doherty功放芯片 |
| CN114884472A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-08-09 | 王琮 | 基于谐波调控的j类分布式功率放大器及其优化方法 |
| CN115037253A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-09-09 | 成都通量科技有限公司 | 一种匹配优化的Doherty功率放大器 |
| CN115567012A (zh) * | 2022-11-22 | 2023-01-03 | 成都明夷电子科技有限公司 | 一种自适应宽带Doherty功率放大器 |
| CN116366012A (zh) * | 2023-03-23 | 2023-06-30 | 西安思源学院 | 一种高效率宽带的级联有源负载调制射频功率放大器 |
-
2024
- 2024-01-31 CN CN202410130735.XA patent/CN117674747B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102355198A (zh) * | 2011-08-01 | 2012-02-15 | 深圳大学 | 多路非对称Doherty功率放大器 |
| CN203151433U (zh) * | 2012-09-14 | 2013-08-21 | 清华大学 | 一种基于t型网络和耦合线的双频同步式功率放大器 |
| CN102882475A (zh) * | 2012-09-28 | 2013-01-16 | 京信通信系统（中国）有限公司 | 射频功放电路的带宽扩展方法和装置 |
| CN105471398A (zh) * | 2014-08-25 | 2016-04-06 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种功率放大器电路及功率放大器 |
| CN106301238A (zh) * | 2016-07-25 | 2017-01-04 | 杭州电子科技大学 | 一种高功率高效率Doherty功率放大器 |
| CN114142813A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-03-04 | 东南大学 | 一种基于准椭圆低通滤波结构的毫米波Doherty功放芯片 |
| CN114884472A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-08-09 | 王琮 | 基于谐波调控的j类分布式功率放大器及其优化方法 |
| CN115037253A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-09-09 | 成都通量科技有限公司 | 一种匹配优化的Doherty功率放大器 |
| CN115567012A (zh) * | 2022-11-22 | 2023-01-03 | 成都明夷电子科技有限公司 | 一种自适应宽带Doherty功率放大器 |
| CN116366012A (zh) * | 2023-03-23 | 2023-06-30 | 西安思源学院 | 一种高效率宽带的级联有源负载调制射频功率放大器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117674747B (zh) | 2024-04-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1576726B1 (en) | Composite amplifier structure | |
| JP3947373B2 (ja) | 高周波電力増幅器 | |
| US7262656B2 (en) | Circuit for parallel operation of Doherty amplifiers | |
| US7279971B2 (en) | Composite power amplifier | |
| US8446218B2 (en) | Power amplifier and transmitter | |
| EP2713505B1 (en) | Doherty power amplifier and signal processing method | |
| CN111585517B (zh) | 采用组合输出网络的宽带双频段3路Doherty功率放大器 | |
| EP2216901A1 (en) | Efficient composite amplifier | |
| CN111416578A (zh) | 基于低Q输出网络的宽带集成Doherty功率放大器 | |
| CN106877828B (zh) | 变压器正交合成功率放大器 | |
| CN111510076A (zh) | 一种class-AB驱动的Doherty功率放大器、基站和移动终端 | |
| CN102710222A (zh) | 一种行波管线性化信号调理驱动装置 | |
| CN114679140B (zh) | 高线性度射频功率放大器 | |
| CN112367053A (zh) | 一种太赫兹频段阶梯型偏置多合体功率放大器 | |
| US20220045649A1 (en) | Signal processing method, apparatus, and system | |
| US20220182020A1 (en) | Pre-distortion processing device, signal transmission system, and pre-distortion processing method | |
| CN117674747B (zh) | 一种高线性高效率的非对Doherty功率放大器 | |
| CN111865234B (zh) | 一种紧凑型宽带Doherty功率放大器 | |
| EP3729640A1 (en) | Power amplifier and radio frequency device comprising the same | |
| CN112019169A (zh) | 一种宽带高增益的Doherty功率放大器及其实现方法 | |
| US20210218427A1 (en) | Signal Processing Method and System | |
| CN216451343U (zh) | 射频功率放大器 | |
| WO2024082114A1 (zh) | 一种功放设备、射频拉远单元及基站 | |
| WO2024026629A1 (zh) | 一种功率放大装置、射频拉远单元、基站以及通信系统 | |
| CN117955441A (zh) | 无开关g类放大器电路、无开关g类放大器及其设计方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |