CN201398180Y - 一种有双载波放大器的Doherty高效率放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于基站系统的高效率放大器。一种有双载波放大器的Doherty高效率放大器，其特征是它包括双载波放大器、3dB耦合器、吸收负载、第二微带线、第三末级放大器、第七微带线、第十三微带线；3dB耦合器的隔离端接吸收负载，3dB耦合器的－90°输出端接第二微带线的输入端；双载波放大器的输入端与3dB耦合器的0°输出端相连；第二微带线的输出端接第三末级放大器的输入端，第三末级放大器的输出端接第七微带线的输入端，第七微带线的输出端与双载波放大器的输出端相连后接第十三微带线的输入端。既满足了高效率的要求，又能做到成本较低；同时又能保证功放工作可靠、稳定。

Description

一种有双载波放大器的Doherty高效率放大器

技术领域

本实用新型属于基站功率放大器技术领域，具体涉及一种有双载波放大器的Doherty高效率放大器。

背景技术

射频功率放大器是3G基站系统(第三代移动通信基站系统)的关键部件。目前用于3G基站系统的功率放大器正向高功率、高效率、高线性和低成本方向发展。对高效率功放而言效率是永恒的主题，同时成本因素也是功率放大器设计时需要重点考虑的因素，如何做到既能满足高效率、高线性的要求，又能做到低成本是基站射频功率放大器设计领域的一个挑战。要做到这一点必须利用高效率技术，目前Doherty高效率技术的使用上传统的两路平衡式Doherty合路技术提高效率的余量有限一般只能达到30％以上，通过对Doherty合路技术的改进，如何进一步提高末级放大器的效率是高效率放大器设计上值得关注的议题。

同时在进行高效率功放设计时，采用2管或4管合路的设计方式比较多，即都是采用双路平衡合路。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高效率、成本低的有双载波放大器的Doherty高效率放大器。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种有双载波放大器的Doherty高效率放大器，其特征是它包括双载波放大器、3dB耦合器、吸收负载、第二微带线、第三末级放大器、第七微带线、第十三微带线；3dB耦合器的输入端接驱动级放大电路的输出端(3dB耦合器的输入端为Doherty高效率放大器的输入端)，3dB耦合器的隔离端接吸收负载，3dB耦合器的-90°输出端接第二微带线的输入端；双载波放大器的输入端与3dB耦合器的0°输出端相连；第二微带线的输出端接第三末级放大器的输入端，第三末级放大器的输出端接第七微带线的输入端，第七微带线的输出端与双载波放大器的输出端相连后接第十三微带线的输入端，第十三微带线的输出端输出经过放大之后的射频信号。

本实用新型为了满足高效率对Doherty合路技术进行了改进，传统的Doherty合路技术是一个载波放大器和一个峰值放大器进行合路，本实用新型中的改进型Doherty技术中将包括一个峰值放大器、两个载波放器，三个放大器中的第一、二末级放大器的出功率相同，其输出功率之和等于第三末级放大器的输出功率。先由两个工作在AB类的载波放大器构成一个双载波放大器，然后由双载波放大器和一个峰值放大器一起构成一个Doherty合路放大器。这样设计的有益效果是使得Doherty高效率放大器的工作效率达到40％以上；该Doherty高效率放大器用在85W多载波功率放大器上可使得整机效率可达到35％以上。在功放输出平均功率85W(4载波波)的情况下，通过配合外加的DPD(数字预失真)补偿电路，功放的整机线性性能为：ACPR：750KHZ＜-60dBc，1.98MHZ＜-65dBc，且4MHZ、6.4MHZ、16MHZ处的杂散＜-36dBm，功放的整机效率大于35％。并且已经通过高低温实验和可靠性实验，功放电路工作可靠、稳定，可广泛应用于3G基站功放。

本实用新型的有益果是：既满足了高效率的要求(整机工作效率高达35％以上)，又能做到成本较低；同时又能保证功放工作可靠、稳定。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理框图；

图2是本实用新型应用的电路原理框图；

图中：1-3dB耦合器，2-吸收负载，3-第一微带线，4-第二微带线，5-第三微带线，6-第四微带线，7-第五微带线，8-第一隔离电阻，9-第六微带线，10-第一末级放大器，11-第二末级放大器，12-第三末级放大器，13-第七微带线，14-第八微带线，15-第二隔离电阻，16-第九微带线，17-第十微带线，18-第十一微带线，19-第十二微带线，20-第十三微带线；21-输出隔离器，22-温补衰减器，23-第一级放大器，24-3dB∏型衰减器，25-第二级放大器，26-第三级放大器，27-5.6V转5V电路、温度传感器电路；P1为输入射频连接器，P2为输出射频连接器，P3为前向输出功率耦合口，P4为反向功率耦合输出口；D1-温度上报、功放开关控制接口，D2-30V、5.6V供电接口。

具体实施方式

如图1所示，一种有双载波放大器的Doherty高效率放大器，它包括双载波放大器、3dB耦合器1、吸收负载2、第二微带线4、第三末级放大器12、第七微带线13、第十三微带线20；3dB耦合器1的输入端接驱动级放大电路的输出端[3dB耦合器1的输入端为Doherty高效率放大器(或称末级三路放大器)的输入端]，3dB耦合器1的隔离端接吸收负载2，3dB耦合器1的-90°输出端接第二微带线4的输入端；双载波放大器的输入端与3dB耦合器1的0°输出端相连；第二微带线4的输出端接第三末级放大器12的输入端，第三末级放大器12的输出端接第七微带线13的输入端，第七微带线13的输出端与双载波放大器的输出端相连后接第十三微带线20的输入端，第十三微带线20的输出端输出经过放大之后的射频信号。

所述的双载波放大器包括第一微带线3、第三微带线5、第四微带线6、第五微带线7、第一隔离电阻8、第六微带线9、第一末级放大器10、第二末级放大器11、第八微带线14、第二隔离电阻15、第九微带线16、第十微带线17、第十一微带线18、第十二微带线19；第一微带线3的输入端接3dB耦合器1的0°输出端，第一微带线3的输出端分别接第三微带线5、第四微带线6的输入端，第三微带线5的输出端分别接第五微带线7的输入端、第一隔离电阻8的一端，第四微带线6的输出端分别接第六微带线9的输入端、第一隔离电阻8的另一端，第五微带线7的输出端接第一末级放大器10的输入端，第一末级放大器10的输出端接第八微带线14的输入端；第六微带线9的输出端接第二末级放大器11的输入端，第二末级放大器11的输出端接第九微带线16的输入端；第八微带线14的输出端分别接第十微带线17的输入端、第二隔离电阻15的一端，第九微带线16的输出端接第十一微带线18的输入端、第二隔离电阻15的另一端，第十微带线17的输出端、第十一微带线18的输出端相连接后接到第十二微带线19的输入端，第十二微带线19的输出端(作为双载波放大器的输出端)与第七微带线13的输出端相连接。

3dB耦合器1是选用普通的(0°、-90°)3dB耦合器，其额定功率值根据输入功率决定。

吸收负载2为50欧姆负载电阻，第一隔离电阻8、第二隔离电阻15都是100欧姆电阻，其额定功率参数根据合路的输入/输出功率而定。

第一微带线3、第二微带线4、第五微带线7、第六微带线9、第七微带线13、第八微带线14、第九微带线16的宽度相同、且阻抗都是50欧，具体的宽度值由PCB板材的介电常数和本末级放大器所工作的频段而定。

第三微带线5、第四微带线6的宽度相同，且阻抗都是75欧姆，具体的宽度由PCB板材的介电常数和本末级放大器所工作的频段而定，其长度为1/4波长。

第十微带线17、第十一微带线18的宽度相同、且阻抗都是50欧，具体的宽度值由PCB板材的介电常数和本末级放大器所工作的频段而定，其长度为1/4波长。

第十二微带线19、第十三微带线20的阻抗都是35欧姆，其实现方式有两种，一种是通过一定长度和宽度的微带线直接得出，另一种方式是通过在50欧姆微带线上加电容进行匹配调节到35欧姆。

各微带线的长度满足以下的公式要求：第二微带线4相位延时+第七微带线13相位延时-90°＝第一微带线3相位延时+第五微带线7相位延时+第八微带线14相位延时+第十二微带线19的相位延时；同时第五微带线7、第六微带线9的长度相等，第八微带线14、第九微带线16的长度相等。

第三末级放大器12工作在C类作为末级的峰值放大器，第一末级放大器10、第二末级放大器11工作在AB类作为载波放大器，然后第三末级放大器12和双载波放大器构成一个Doherty合路放大器。

本实用新型的工作方式是：输入到该电路的射频信号经过3dB耦合器将射频信号分成两路，其中0°相位输出端的信号幅度为输入信号的1/2，-90°相位输出端的信号幅度为输入信号的1/2。-90°相位输出端信号经过第三末级放大器进行放大；另一路0°相位输出信号经过一个威尔金森功分器分成幅度和相位相等的两路信号，这两路信号分别被第一末级放大器10和第二末级放大器11进行放大，然后由一个威尔金森合路器进行合路，威尔金森合路之后的信号经过一个相位变换后和第一末级放大器进行合路。这其中第三末级放大器12和双载波放大器构成一个Doherty合路，第三末级放大器12工作在C类作为峰值放大器，双载波放大器作为载波放大器，双载波放大器中的第一末级放大器10、第二末级放大器11都工作在AB类作为载波放大器。本电路的特点是由两个工作在AB类的载波放大器构成一个双载波放大器，使得功放的效率在原来单峰值放大器的基础上有了进一歩的提高。

本实用新型可广泛应用于3G基站系统中多载波功率放大器上，下面举1个应用于CDMA2000基站系统85W高效率、多载波功率放大器上的实例。

应用实例：为CDMA2000基站用4载波、输出功率120W、工作频段869～894MHz的高效率功放，原理框图见图2。

该放大器包括：输入射频连接器P1，驱动级放大电路，Doherty高效率放大器(或称末级三路放大器)，5.6V转5V电路、温度传感器电路27，输出隔离器21，输出射频接连接器P2，温度上报、功放开关控制接口D1，30V、5.6V供电接口D2。

其中驱动级放大电路包括：温补衰减器22，第一级放大器23，3dB∏型衰减器24，第二级放大器25，第三级放大器26。输入射频连接器P1连接温补衰减器22的输入端，温补衰减器22的输出端连接第一级放大器23的输入端，第一级放大器23的输出端连接3dB∏型衰减器24的输入端，3dB∏型衰减器24的输出端连接第二级放大器25的输入端，第二级放大器25的输出端连接第三级放大器26的输入端，第三级放大器26的输出端连接Doherty高效率放大器中5dB耦合器1的输入端。Doherty高效率放大器的输出接输出隔离器21的输入端，输出隔离器21的输出端接输出射频连接器P2。输出功率通过前向耦合电路耦合一部分到前向输出功率耦合口P3，输出隔离器的反射端口接反向功率耦合输出口P4。输入到功放的30V电源通过30V、5.6V供电接口连接到功放，5.6V转换电路将输入5.6V电压转换成5V电压给驱动级放大电路和Doherty高效率放大器供电，功放开关控制信号通过控制5.6V转5V电压转换器来控制5V电压的输出，当使能信号为高电平时没有5V输出，当使能信号为低电平或悬空时正常输出5V，温度传感器通过IIC接口将温度值上报到系统。

其中温补衰减器22选用的是韩国Yokohama Denshi Seiko.CoLtd公司的PXV1220S-4dBN2，第一级放大器23的放大管选用的是RFMD公司的RF3315，第二级放大器25的放大管选用的是RFMD公司的RF3315，第三级放大器26的放大管选用的是Freescale公司的MRFE6S9060NR1，第一末级放大器10、第二末级放大器11、第三末级放大器12所选用的放大管相同都是Freescale公司的MRFE6S9125NR1或MRFE6S9125NBR1；3dB耦合器选用的是ANAREN公司的XC0900A-3S；输出功率耦合电路采用的是微带线耦合，输出隔离器21选用的是上海达信公司的M86994A30RBZW。

Claims (5)

1.一种有双载波放大器的Doherty高效率放大器，其特征是它包括双载波放大器、3dB耦合器(1)、吸收负载(2)、第二微带线(4)、第三末级放大器(12)、第七微带线(13)、第十三微带线(20)；3dB耦合器(1)的输入端接驱动级放大电路的输出端，3dB耦合器(1)的隔离端接吸收负载(2)，3dB耦合器(1)的-90°输出端接第二微带线(4)的输入端；双载波放大器的输入端与3dB耦合器(1)的0°输出端相连；第二微带线(4)的输出端接第三末级放大器(12)的输入端，第三末级放大器(12)的输出端接第七微带线(13)的输入端，第七微带线(13)的输出端与双载波放大器的输出端相连后接第十三微带线(20)的输入端，第十三微带线(20)的输出端输出经过放大之后的射频信号。

2.根据权利要求1所述的一种有双载波放大器的Doherty高效率放大器，其特征是：所述的双载波放大器包括第一微带线(3)、第三微带线(5)、第四微带线(6)、第五微带线(7)、第一隔离电阻(8)、第六微带线(9)、第一末级放大器(10)、第二末级放大器(11)、第八微带线(14)、第二隔离电阻(15)、第九微带线(16)、第十微带线(17)、第十一微带线(18)、第十二微带线(19)；第一微带线(3)的输入端接3dB耦合器(1)的0°输出端，第一微带线(3)的输出端分别接第三微带线(5)、第四微带线(6)的输入端，第三微带线(5)的输出端分别接第五微带线(7)的输入端、第一隔离电阻(8)的一端，第四微带线(6)的输出端分别接第六微带线(9)的输入端、第一隔离电阻(8)的另一端，第五微带线(7)的输出端接第一末级放大器(10)的输入端，第一末级放大器(10)的输出端接第八微带线(14)的输入端；第六微带线(9)的输出端接第二末级放大器(11)的输入端，第二末级放大器(11)的输出端接第九微带线(16)的输入端；第八微带线(14)的输出端分别接第十微带线(17)的输入端、第二隔离电阻(15)的一端，第九微带线(16)的输出端接第十一微带线(18)的输入端、第二隔离电阻(15)的另一端，第十微带线(17)的输出端、第十一微带线(18)的输出端相连接后接到第十二微带线(19)的输入端，第十二微带线(19)的输出端与第七微带线(13)的输出端相连接。

3.根据权利要求1所述的一种有双载波放大器的Doherty高效率放大器，其特征是：吸收负载(2)为50欧姆负载电阻，第二微带线(4)、第七微带线(13)的宽度相同，第二微带线(4)、第七微带线(13)的阻抗都是50欧，第十三微带线(20)的阻抗是35欧姆。

4.根据权利要求2所述的一种有双载波放大器的Doherty高效率放大器，其特征是：第一隔离电阻(8)、第二隔离电阻(15)都是100欧姆电阻；第一微带线(3)、第五微带线(7)、第六微带线(9)、第八微带线(14)、第九微带线(16)的宽度相同，第一微带线(3)、第五微带线(7)、第六微带线(9)、第八微带线(14)、第九微带线(16)的阻抗都是50欧；第三微带线(5)、第四微带线(6)的宽度相同，且阻抗都是75欧姆，第三微带线(5)、第四微带线(6)的长度为1/4波长；第十微带线(17)、第十一微带线(18)的宽度相同，第十微带线(17)、第十一微带线(18)的阻抗都是50欧，第十微带线(17)、第十一微带线(18)的长度为1/4波长；第十二微带线(19)的阻抗是35欧姆。

5.根据权利要求1所述的一种有双载波放大器的Doherty高效率放大器，其特征是：第二微带线(4)相位延时+第七微带线(13)相位延时-90°＝第一微带线(3)相位延时+第八微带线(14)相位延时+第十二微带线(19)的相位延时；同时第五微带线(7)、第六微带线(9)的长度相等，第八微带线(14)、第九微带线(16)的长度相等。

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