CN203119844U - 一种功率放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种功率放大器，耦合器的一个输出端连接至第一调幅调相器的输入端，第一调幅调相器、第一延时器、第一预推动放大管和多赫尔蒂放大器依次连接；多赫尔蒂放大器的一个输出端连接至第一隔离器的输入端，第一隔离器的输出端连接至延时滤波器的输入端；耦合器的另一个输出端连接至合成器的一个输入端，合成器、第二调幅调相器、第二延时器、第二预推动放大管和误差放大器依次连接；多赫尔蒂放大器的另一个输出端与合成器的另一个输入端连接；延时滤波器的输出端和误差放大器的输出端都连接至第二隔离器。本实用新型功率放大器能输出高效率、高线性、即时带宽宽的多载波信号。

Description

一种功率放大器

技术领域

本实用新型涉及一种功率放大器。

背景技术

近年来，3G无线移动通信网络的建设和2G网络仍不断地优化，基站及直放站随之进行大功率扩容；同时，通信行业向“节能减排”绿色环保的方向发展。因此，通信技术对高线性、多载波、高效率、即时宽带宽的技术提出更高的要求。

目前，成熟应用的主流技术为高线性的前馈技术，前馈技术功率放大器具有反馈的优点，其输出应用了反馈校准，但其功放效率较低。传统前馈技术功率放大器的设计思路是主功放和误差功放末级都是采用工作于AB类状态的LDMOS管进行平衡式功率合成来实现，设计技术要求相对简单。由于LDMOS管采用最简单的功率回退方法，工作于AB类状态，因此功率放大器工作效率比较低，仅仅达到12%左右。

多赫尔蒂（Doherty）放大器是另一类可以显著改善功放效率的技术，其将输入信号的平均功率和峰值功率分开放大，然后合成，从而获得高效率，但其线性度较差，且技术较为复杂，生产成本较高。

实用新型内容

基于此，本实用新型提供一种功率放大器，该功率放大器能输出高效率、高线性、即时带宽宽的多载波信号，且成本较低。

一种功率放大器，包括耦合器、第一调幅调相器、第一延时器、第一预推动放大管、多赫尔蒂放大器、第一隔离器、延时滤波器、合成器、第二调幅调相器、第二延时器、第二预推动放大管、误差放大器和第二隔离器；

所述耦合器的一个输出端连接至所述第一调幅调相器的输入端，所述第一调幅调相器、所述第一延时器、所述第一预推动放大管和所述多赫尔蒂放大器依次连接；所述多赫尔蒂放大器的一个输出端连接至所述第一隔离器的输入端，所述第一隔离器的输出端连接至所述延时滤波器的输入端；

所述耦合器的另一个输出端连接至所述合成器的一个输入端，所述合成器、所述第二调幅调相器、所述第二延时器、所述第二预推动放大管和所述误差放大器依次连接；所述多赫尔蒂放大器的另一个输出端与所述合成器的另一个输入端连接；

所述延时滤波器的输出端和所述误差放大器的输出端都连接至所述第二隔离器。

在其中一个实施例中，所述多赫尔蒂放大器为双路平衡多赫尔蒂放大器、不平衡多赫尔蒂放大器或多路平衡多赫尔蒂放大器，可根据实际的性能指标，如线性要求、功率效率要求等，选取不同的多赫尔蒂放大器。

在其中一个实施例中，还包括第一衰减电桥，所述耦合器的一个输出端通过所述第一衰减电桥与所述第一调幅调相器连接，可用于对带有杂散的输入信号进行增益调节。

在其中一个实施例中，还包括第二衰减电桥，所述合成器通过所述第二衰减电桥与所述第二调幅调相器连接，可用于对带有杂散的输入信号进行增益调节。

在其中一个实施例中，所述误差放大器为AB类LDMOS管，由于误差放大器自身不允许产生非常线性失真，可采用AB类LDMOS管的功率回退技术来保证仅对输入的非线性失真谐波信号进行线性放大。

在其中一个实施例中，所述第一延时器为可调延时器，用于对输入信号进行精确的延时微调，可通过DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）实现灵活调节。

在其中一个实施例中，所述第二延时器为可调延时器，用于对输入信号进行精确的延时微调，可通过DSP实现灵活调节。

本实用新型采用多赫尔蒂技术和前馈技术相结合的方法来设计功率放大器，能较大提高功率放大器的工作效率，采用多赫尔蒂电路取代传统的前馈技术功率放大器中工作于AB类的LDMOS管电路，可将功率放大器额定工作效率提高到20%以上。

本实用新型将多赫尔蒂技术应用于前馈技术功率放大器中，通过隔离器和延时器解决了多赫尔蒂技术和前馈技术的融合，充分利用这两种技术的各自优点提供了能输出具有高效率、高线性、即时带宽宽的多载波信号的功率放大器，即保证了高线性又显著提高了效率。

由于多赫尔蒂匹配电路输出端的合成点1/4波长传输线阻抗随着功率的大小而变换，而且延时滤波器对工作带外的抑制导致回波会影响到多赫尔蒂匹配电路，因此第一隔离器能保证多赫尔蒂放大器信号的稳定性和可靠性。

功率放大器中的两次环路对消，传统设计都采用同轴线的长度来实现对时延调节，不断地去选择合适长度的同轴线来匹配，影响生产效率和成本；本实用新型通过延时器解决了可生产性问题，可通过DSP实现灵活调节，能有效降低成本。

附图说明

图1为本实用新型功率放大器在实施例一中的结构示意图。

图2为本实用新型功率放大器在实施例二中的结构示意图。

图3为本实用新型功率放大器在实施例三中的结构示意图。

图4为本实用新型功率放大器在实施例四中的结构示意图。

图5为本实用新型功率放大器在实施例五中的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例一

如图1所示，是本实用新型功率放大器的结构示意图；包括耦合器101、第一调幅调相器102、第一延时器103、第一预推动放大管104、多赫尔蒂放大器105、第一隔离器106、延时滤波器107、合成器108、第二调幅调相器109、第二延时器110、第二预推动放大管111、误差放大器112和第二隔离器113；

所述耦合器101的一个输出端连接至所述第一调幅调相器102的输入端，所述第一调幅调相器102、所述第一延时器103、所述第一预推动放大管104和所述多赫尔蒂放大器105依次连接；所述多赫尔蒂放大器105的一个输出端连接至所述第一隔离器106的输入端，所述第一隔离器106的输出端连接至所述延时滤波器107的输入端；

耦合器101用于将输入信号进行分路，两载波信号经过第一调幅调相器102、第一可调延时器103、第一预推动放大管104进入多赫尔蒂放大器105，由多赫尔蒂放大器105进行功率放大，在一较佳实施例中，所述多赫尔蒂放大器105可为双路平衡多赫尔蒂放大器、不平衡多赫尔蒂放大器或多路平衡多赫尔蒂放大器，可根据实际的性能指标，如线性要求、功率效率要求等，选取不同的多赫尔蒂放大器。

在本实施例中，所述第一延时器103可为可调延时器，用于对输入信号进行精确的延时微调，可通过DSP实现灵活调节；

所述耦合器101的另一个输出端连接至所述合成器108的一个输入端，所述合成器108、第二调幅调相器109、第二延时器110、第二预推动放大管111和所述误差放大器112依次连接；所述多赫尔蒂放大器105的另一个输出端与所述合成器108的另一个输入端连接；

由耦合器101输出的另一路载波信号和从多赫尔蒂放大器105输出的非线性失真混合信号在合成器108中进行载波对消；通过第二调幅调相器保证载波对消已完成，再经过第二预推动放大管111进入误差放大器112进行线性放大；在一较佳实施例中，所述误差放大器112可为AB类LDMOS管，由于误差放大器112自身不允许产生非线性失真，可采用AB类LDMOS管的功率回退技术，从而保证对输入误差放大器112中的非线性失真谐波信号进行线性放大。

在本实施例中，所述第二延时器110可为可调延时器，用于对输入信号进行精确的延时微调，可通过DSP实现灵活调节；

所述延时滤波器107的输出端和所述误差放大器112的输出端都连接至所述第二隔离器113；从射频输入端口进入的两载波信号经过载波对消、线性放大、合成和等幅反相抵消后，最后剩余的两载波主信号，即可通过第二隔离器113从射频输出端口输出。

实施例二

如图2所示，本实施例中的功率放大器与实施例一相比，还包括了第一衰减电桥114；所述耦合器101的一个输出端通过所述第一衰减电桥114与所述第一调幅调相器102连接，可用于对带有杂散的输入信号进行增益调节。

实施例三

如图3所示，本实施例中的功率放大器与实施例一相比，还包括了第二衰减电桥115；所述合成器108通过所述第二衰减电桥115与所述第二调幅调相器109连接，可用于对带有杂散的输入信号进行增益调节。

实施例四

如图4所示，本实施例中的功率放大器与实施例一相比，还包括了第一衰减电桥114和第二衰减电桥115，耦合器101的一个输出端通过所述第一衰减电桥114与所述第一调幅调相器102连接，可用于对带有杂散的输入信号进行增益调节；合成器108通过所述第二衰减电桥115与所述第二调幅调相器109连接，可用于对带有杂散的输入信号进行增益调节。

实施例五

如图5所示，是本实用新型功率放大器的具体结构示意图，两载波F1和F2信号由射频输入端口进入耦合器101，通过耦合器101分为两路信号，一路信号经过第一调幅调相器102、第一延时器103、第一预推动放大管104进入多赫尔蒂放大器105，从而产生非线性失真混合信号；

另一路两载波F1和F2信号在合成器108中与所述输入的非线性失真混合信号进行载波对消，产生非线性失真谐波信号，通过第二调幅调相器保证两路信号已实现了载波F1信号和F2信号的载波对消功能；

剩余的非线性失真谐波信号再通过第二延时器110、第二预推动放大管111、误差放大器112进行线性放大；

然后，与经过多赫尔蒂放大器105、第一隔离器106、延时滤波器107的主路信号进行合成，经过第二调幅调相器109和第二可调延时器110实现非线性失真谐波信号的等幅反相抵消，最后剩余两载波主信号，通过第二隔离器113输出。

本实用新型结合前馈技术和多赫尔蒂技术，充分利用两种技术的各自优点来实现高效率、高线性、即时带宽宽、多载波的功率放大器设计；

多赫尔蒂技术可以显著改善功放的效率，其将输入信号的平均功率和峰值功率分开放大，然后合成，从而获得高效率；例如本实施例中的双路平衡多赫尔蒂放大器中，该多赫尔蒂放大器包括两个部分，一个载波放大器C(Carrier)，一个峰值放大器P(Peak)。载波放大器可以工作在接近饱和的状态，从而获得较高效率，大部分信号通过该放大器放大；峰值放大器只在峰值到来的时候才工作，大部分时间不消耗功率。它们的合成输入输出特性的线性区比单个放大器的线性区有较大扩展，从而在保证信号落在线性区的前提下获得较高的效率。多赫尔蒂技术需要与其他线性化技术配合使用，效率可达30%以上。

在小信号输入时，Peak管处于关闭状态，Mean管接收所有输入信号，同时Mean管也起到控制源电流的作用。Peak管的无限大阻抗使Mean管路阻抗为50欧姆的两倍，当电流达到峰值的一半时，高输出阻抗会使Mean管进入预饱和状态，由于电压已达到峰值，虽然管子未达到最大功率，但系统已工作在最大效率。

中功率输出时，当Mean管达到饱和状态，适当的偏压将会改变Peak管的电流开始工作。根据负载前因理论，Peak管电流的增加将使从1/4波长传输线观察的阻抗Rout变大。在合成点1/4波长传输线的阻抗将会增大。随着输出信号的增加，负载功率将一直上升，直到Peak管功率饱和，一旦达到最大值，Mean管和Peak管的阻抗将等于1/4波长传输线的阻抗。Mean管电流在这电平上已达到最高点，输出功率也达到峰值。所以在加大输入功率时，Peak管在一直调节负载来阻止Mean管进入饱和状态，从而保持最大效率输出。所以多赫尔蒂电路设计的目的就是在选定的负载，让Mean和Peak两个功放管在最理想的效率下传输最大的功率。

前馈功率放大器技术提供了闭环系统的线性化精度，开环系统的稳定性及带宽，满足现代多载波通信基站功率放大器的多载波、多制式、混模、高线性等性能指标的要求。前馈功率放大器的输出应用了反馈校准。由于输出校准，功率电平大，校准信号需达到较高的功率电平，这就需要额外的辅助放大器，而且要求这个辅助放大器本身的失真特性应处在前馈环系统指标的上限；因此，前馈技术功率放大器需要一个辅助的误差环路来对载波对消后的互调（IMD）、谐波、ACPR进行线性放大，同时自身环路不引入线性失真。

本实用新型采用多赫尔蒂技术和前馈技术相结合的方法来设计功率放大器，能较大提高功率放大器的工作效率，传统前馈技术功率放大器的设计思路是主功放和误差功放功放末级都是采用工作于AB类状态的LDMOS管进行平衡式功率合成来实现，本实用新型的功率放大器采用多赫尔蒂电路取代传统的前馈技术功率放大器中工作于AB类的LDMOS管电路，可将功率放大器额定工作效率提高到20%以上。

本实用新型将多赫尔蒂技术应用于前馈技术功率放大器中，通过隔离器和延时器解决了多赫尔蒂技术和前馈技术的融合，充分利用这两种技术的各自优点提供了能输出具有高效率、高线性、即时带宽宽的多载波信号的功率放大器，即保证了高线性又显著提高了效率。

由于多赫尔蒂匹配电路输出端的合成点1/4波长传输线阻抗随着功率的大小而变换，而且延时滤波器对工作带外的抑制导致回波会影响到多赫尔蒂匹配电路，因此第一隔离器能保证多赫尔蒂放大器信号的稳定性和可靠性。

功率放大器中的两次环路对消，传统设计都采用同轴线的长度来实现时延调节，不断地去选择合适长度的同轴线来匹配，影响生产效率和成本；本实用新型通过延时器解决了可生产性问题，可通过DSP实现灵活调节，能有效降低成本。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种功率放大器，其特征在于，包括耦合器、第一调幅调相器、第一延时器、第一预推动放大管、多赫尔蒂放大器、第一隔离器、延时滤波器、合成器、第二调幅调相器、第二延时器、第二预推动放大管、误差放大器和第二隔离器；

所述耦合器的一个输出端连接至所述第一调幅调相器的输入端，所述第一调幅调相器、所述第一延时器、所述第一预推动放大管和所述多赫尔蒂放大器依次连接；所述多赫尔蒂放大器的一个输出端连接至所述第一隔离器的输入端，所述第一隔离器的输出端连接至所述延时滤波器的输入端；

所述耦合器的另一个输出端连接至所述合成器的一个输入端，所述合成器、所述第二调幅调相器、所述第二延时器、所述第二预推动放大管和所述误差放大器依次连接；所述多赫尔蒂放大器的另一个输出端与所述合成器的另一个输入端连接；

所述延时滤波器的输出端和所述误差放大器的输出端都连接至所述第二隔离器。

2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述多赫尔蒂放大器为双路平衡多赫尔蒂放大器、不平衡多赫尔蒂放大器或多路平衡多赫尔蒂放大器。

3.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，还包括第一衰减电桥，所述耦合器的一个输出端通过所述第一衰减电桥与所述第一调幅调相器连接。

4.根据权利要求1或3所述的功率放大器，其特征在于，还包括第二衰减电桥，所述合成器通过所述第二衰减电桥与所述第二调幅调相器连接。

5.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述误差放大器为AB类LDMOS管。

6.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述第一延时器为可调延时器。

7.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述第二延时器为可调延时器。

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