CN203800892U - 一种高线性度功率放大器 - Google Patents

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汪霆雷
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张翔
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Abstract

本实用新型公开了一种高线性度功率放大器，包含：设置在输入端的功分器；分别与功分器输出端连接的主功放电路及辅助功放电路；与所述的主功放电路连接的阻抗谐振单元；辅助功放电路与阻抗谐振单元的另一端并接；设置在输出端的电阻；阻抗谐振单元与电阻连接。本实用新型具有双频阻带特性，而且容易加工，同时还能改善主辅功放之间匹配，以及扩展Doherty功放使用频率，能够对主功放的各种谐波和杂散进行抑制，线性度得到较大改善，可以满足现在无线通讯领域对功放的高线性度和高功率指标要求，具有很强的应用前景。

Description

一种高线性度功率放大器
技术领域
本实用新型涉及微波电路的功率放大器，具体涉及一种高线性度功率放大器。
背景技术
现有技术中的无线通信标准，恒包络调制的通信方式逐渐被包络变换的调制方式所替代，WCDMA、LTE(Long Term Evaluation)、WIMAX 等采用OFDM 调制方式的无线通信标准,越来越占据着重要的位置。包络变换的调制方式中传输的是高峰均比的信号，而且占用的带宽越来越大，这对功率放大器提出了新的要求。
目前，如何提高工作于高峰均比信号下的功率放大器的线性度，成为人们研究的热点，一些传统的提高线性度的方法，例如，预失真、前馈和N-路Doherty功放方案被研究，然而，这些方法结构比较复杂，有的还需要外加电路，它的尺寸和性能在W-CDMA等系统基站中的使用将受到很大的限制。
从Doherty功放内部结构入手，提高功放的线性度的研究对实现整个发射系统的小型化和集成化具有非常重要的意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种高线性度功率放大器，具有双频阻带特性，而且容易加工，同时还能改善主辅功放之间匹配，以及扩展Doherty功放使用频率，能够对主功放的各种谐波和杂散进行抑制，线性度得到较大改善，可以满足现在无线通讯领域对功放的高线性度和高功率指标要求，具有很强的应用前景。
为了达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：一种高线性度功率放大器，其特点是，包含：
设置在输入端的功分器；
分别与功分器输出端连接的主功放电路及辅助功放电路；
与所述的主功放电路连接的阻抗谐振单元；
所述的辅助功放电路与阻抗谐振单元的另一端并接；
设置在输出端的电阻；
所述的阻抗谐振单元与电阻连接。
所述的主功放电路包含依次连接的主输入匹配网络、主功放器及主输出匹配网络；
所述的主输入匹配网络与功分器连接；
所述的主输出匹配网络与阻抗谐振单元连接。
所述的辅助功放电路包含依次连接的微带线、辅助输入匹配网络、辅助功放器及辅助输出匹配网络；
所述的微带线与功分器连接；
所述的辅助输出匹配网络与阻抗谐振单元连接。
所述的阻抗谐振单元包含主传输线；
分别与主传输线输入端及输出端连接的第一开路支线及第二开路支线；
所述的第一开路支线与第二开路支线平行设置；
所述的第一开路支线与第二开路支线的偶合横截面采用城墙式的连接线连接；
所述的主传输线的输入端与功分器连接；
所述的主传输线的输出端与辅助输出匹配网络连接。
所述的第一开路支线及第二开路支线分别呈 “凸”形结构。
所述的阻抗谐振单元中介质基板的相对介电常数为2~5。
本实用新型一种高线性度功率放大器与现有技术相比具有以下优点：由于设有阻抗谐振单元，能够对主功放的各种谐波和杂散进行抑制，线性度得到较大改善；可通过改变阻抗谐振单元中的微带匹配线的宽度，提高主功放和辅助功放之间的阻抗变换的匹配程度；由于设有第一开路支线及第二开路支线，可实现双波段响应，在输出频率高低两个频段呈现阻带特性；可通过改变第一开路支线及第二开路支线的长宽，调整需要抑制的阻带范围；本实用新型结构简单，易于加工，方便与其它微波电路集成，具有很强的实用性及应用前景。
附图说明
图1为本实用新型一种高线性度功率放大器的整体结构示意图。
图2为本实用新型阻抗谐振单元的整体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本实用新型做进一步阐述。
如图1所示，一种高线性度功率放大器，包含设置在输入端的功分器1；分别与功分器1输出端连接的主功放电路2及辅助功放电路3；与主功放电路2连接的阻抗谐振单元4（Stepped-impedance Resonators，SIR）；辅助功放电路3与阻抗谐振单元4的另一端并接；设置在输出端的电阻5；阻抗谐振单元4与电阻5连接。
主功放电路2包含依次连接的主输入匹配网络21、主功放器22及主输出匹配网络23；主输入匹配网络21与功分器1连接；主输出匹配网络23与阻抗谐振单元4连接。辅助功放电路3包含依次连接的微带线31、辅助输入匹配网络32、辅助功放器33及辅助输出匹配网络34；微带线31与功分器1连接；辅助输出匹配网络34与阻抗谐振单元4连接。
如图2所示，阻抗谐振单元4包含主传输线41；分别与主传输线41输入端及输出端连接的第一开路支线42及第二开路支线43；第一开路支线42与第二开路支线43平行设置；第一开路支线42与第二开路支线43的偶合横截面采用城墙式的连接线44连接；主传输线41的输入端与功分器1连接；主传输线41的输出端与辅助输出匹配网络34连接。第一开路支线42及第二开路支线43分别呈 “凸”形结构。阻抗谐振单元4中介质基板的相对介电常数为2~5，同时，损耗角正切应尽量小，一般取                                                ≤10-3；由于Doherty功放主要工作在2~3GHz左右，则更大的值也可以。介质基板厚度h的选择主要保证功放性能，同时考虑便于与其它电路集成，取h为1mm左右。
具体应用：采用调整阻抗谐振单元4内部尺寸，实现主功放的杂散和谐波抑制，改善主功放的AM-AM失真；采用调整阻抗谐振单元4微带线的宽度，改善主辅功放之间的匹配，扩展了高线性度Doherty功放的使用频率。
如图2所示，阻抗谐振单元4实现了一个二阶的双波段带阻滤波器，其中，偶合横截面采用城墙线形式的连接线44来代替直线连接，第一开路支线42（λ/4开路线）与第二开路支线43（λ/4开路线）平行连接，采用凸型结构实现带阻功能，同时还减小体积，使整体结构变得紧凑。
第一开路支线42与第二开路支线43分别在两个阻带中心频率处谐振，从而实现双波段响应。第一开路支线42、第二开路支线43和主传输线41的阻带特性越好，其输出端口与50Ω的偏差就越大，兼顾阻带频率和主辅功放匹配的其它指标，合理进行设计，做到阻带频率选择和主辅功放的匹配均具有好的效果。
主传输线41的宽度为W，第一开路支线42长度为l1和l2，宽度为W1和W2；第二开路支线43长度为l3和l4，宽度为W3和W4，两节之间（即城墙线式连接线44）的长度为l5，第一开路支线42到输入端口的长度为l6；第二开路支线43到输出端口的长度为l6。
阻抗谐振单元4双波段带阻滤波器的中心频率和带宽由谐振器高、低阻抗部分的特性阻抗和电长度确定。其中各谐振器的特性阻抗Zi和电长度θi关系式如式（1）和（2）所示。
                           （1）
                          （2）
这里rf= ，和分别第一和第二阻带谐振频率，θi是对于阻带中心频率处的电长度。
结合计算和仿真优化比较后所得的阻抗谐振单元4的特性阻抗和电长度值，FR-4基底，介电常数4.3，厚度为1.524mm，损耗角正切0.02。结合图2所示，确定阻抗谐振单元4的内部参数初值分别是，W =4mm，W1=0.84 mm，l1=26.2mm，W2=0.38 mm， l2=27.2mm，W3=0.84 mm， l3=26.2mm，W4=0.36 mm, l4=26.4mm，l5=25.7 mm，l6=5.2mm；特性阻抗可以根据设计需要为50或其它阻抗值。
尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种高线性度功率放大器，其特征在于，包含：
设置在输入端的功分器（1）；
分别与功分器（1）输出端连接的主功放电路（2）及辅助功放电路（3）；
与所述的主功放电路（2）连接的阻抗谐振单元（4）；
所述的辅助功放电路（3）与阻抗谐振单元（4）的另一端并接；
设置在输出端的电阻（5）；
所述的阻抗谐振单元（4）与电阻（5）连接。
2.如权利要求1所述的高线性度功率放大器，其特征在于，所述的主功放电路（2）包含依次连接的主输入匹配网络（21）、主功放器（22）及主输出匹配网络（23）；
所述的主输入匹配网络（21）与功分器（1）连接；
所述的主输出匹配网络（23）与阻抗谐振单元（4）连接。
3.如权利要求1所述的高线性度功率放大器，其特征在于，所述的辅助功放电路（3）包含依次连接的微带线（31）、辅助输入匹配网络（32）、辅助功放器（33）及辅助输出匹配网络（34）；
所述的微带线（31）与功分器（1）连接；
所述的辅助输出匹配网络（34）与阻抗谐振单元（4）连接。
4.如权利要求1所述的高线性度功率放大器，其特征在于，所述的阻抗谐振单元（4）包含主传输线（41）；
分别与主传输线（41）输入端及输出端连接的第一开路支线（42）及第二开路支线（43）； 
所述的第一开路支线（42）与第二开路支线（43）平行设置；
所述的第一开路支线（42）与第二开路支线（43）的偶合横截面采用城墙式的连接线（44）连接；
所述的主传输线（41）的输入端与功分器（1）连接；
所述的主传输线（41）的输出端与辅助输出匹配网络（34）连接。
5.如权利要求4所述的高线性度功率放大器，其特征在于，所述的第一开路支线（42）及第二开路支线（43）分别呈 “凸”形结构。
6.如权利要求4所述的高线性度功率放大器，其特征在于，所述的阻抗谐振单元（4）中介质基板的相对介电常数为2~5。
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