WO2016180130A1

WO2016180130A1 - 功放电路及其负载阻抗调制方法

Info

Publication number: WO2016180130A1
Application number: PCT/CN2016/078974
Authority: WO
Inventors: 王晖; 余敏德; 王富强
Original assignee: 中兴通讯股份有限公司
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2016-11-17
Also published as: CN106357223A

Abstract

一种功放电路及其负载阻抗调制方法，其中，该功放电路包括：主路功率放大电路（10），用于放大主电路上的功率信号；辅路功率放大电路（20），作为主路功率放大电路（10）的辅助电路，用于放大辅助电路上的功率信号，其中，主路功率放大电路（10）通过设置在主路功率放大电路（10）中的调整线（102），与辅路功率放大电路（20）连接于合路输出点（A），合路输出点（A）为主路功率放大电路（10）和辅路功率放大电路（20）的并联交汇点，调整线（102）用于为主路功率放大电路（10）中的主路功放管（104）匹配负载阻抗，解决了相关技术中在兼顾功放电路的宽带时，难以简化TLLM功放的调试过程的技术问题，进而达到了在保持原有架构宽带性能良好的同时，还可以简化TLLM功放的调试的技术效果。

Description

功放电路及其负载阻抗调制方法

技术领域

本发明涉及放大电路领域，具体而言，涉及一种功放电路及其负载阻抗调制方法。

背景技术

目前，为了提高频谱利用率，通信系统均采用线性调制技术。由于功率放大器(以下简称为功放)处理的射频信号都是具有峰均比的包络变化信号，为了保证射频信号的线性度，功放需要工作在回退功率状态。

目前，Doherty是被广泛采用的高效率功放设计技术，其提升效率利用的是负载阻抗调制原理，即大功率信号(以下简称大信号)和小功率信号(以下简称小信号)时，负载阻抗不同。

如图1所示，在传统TLLM doherty功放电路中，为了实现负载阻抗调制，主路功率放大电路的输出端会包含有第一调整线102’、辅路功率放大电路的输出端会包含有第二调整线104’和doherty功放电路的输出端会包含有输出λ/4阻抗变换线106’，共3段传输线。其中，由于输出λ/4阻抗变换线106’具有较窄的频率特性，限制了doherty功放电路的整体宽带。

在相关技术中，提供了无传输线负载调制(transformer-less load-modulated，简称为TLLM)架构。如图2所示，为了提升doherty功放电路的带宽，在传统的TLLM架构中同时删掉了如图1所示的第一调整线102’、第二调整线104’和输出λ/4阻抗变换线106’。但这种TLLM架构存在可实现性差和调试难度高的缺点。

由图1可以看出，两路功放管分别经过调制网络后，需要在a点(即合路输出点)进行合路，传统的doherty功放电路都是将合路输出点设置在靠近peak路(辅路)的位置，main路(主路)调制电路则通过第一调整线102’来连接到a点的。

然而，由于实际设计PCB时，受器件和匹配电路尺寸限制，两路功放管是间隔一定距离放置的，如图2所示，在TLLM架构的两路调制电路上都没有调整线的情况下，难以同时将两路调制电路连接到a点(即合路输出点)。而若通过Y型连接，则需要付出增大布局空间的代价。显然，在小型化需求越来越高的今天，这种布局不利于产品实现。虽然，传统TLLM架构也可以仿照传统doherty保留第一调整线，但此时第一调整线的特征阻抗将会提高到2z0(即合路输出点阻抗会提高两倍)。以两路对称doherty为例，第一调整线的特征阻抗将会变为100Ω，以介质厚度为30mil的RO4350板材为例，对应的线宽只有0.34mm。调整线线宽变细会导致通流能力降低，也就意味着可承载的输出功率能力降低。而传统TLLM架构中去掉第一调整线还存在main路调试难的问题，因为一个调制电路要同时兼顾两种阻抗状态的调制，实际中需要反复调制的次数将会很多。

另外，传统doherty功放电路的主路设计过程和调试过程如下：

先做0dB回退时的大功率负载调制，如附图1所示，先将主路功放管的最大功率点对应的负载阻抗Zopt调制到50Ω；然后再通过第一调整线102’来对回退XdB点处的低功率点对应的负载阻抗进行调制，通过调节第一调整线102’的长度，将主路功放管最佳效率点对应的阻抗Zmod调制到25Ω。选取最大功率时对应a点的负载阻抗来作为第一调整线102’的特征阻抗，可以保证Zmod调制过程中不会破坏到Zopt的调制状态。

传统TLLM架构中，如果去掉了如附图1所示的具有频率特性的影响带宽的输出λ/4阻抗变换线106’，却仍然保留第一调整线102’，并沿袭传统doherty主路设计思路，其调制过程是：先将Zopt调制到100Ω，然后通过调节特征阻抗为100Ω的第一调整线102’的长度来实现Zmod到50Ω的变换。第一调整线102’的特征阻抗提高，对应的是线宽变细，将会影响功放电路的输出功率能力。为了规避该问题，传统TLLM中选择将第一调整线102’，第二调整线104’和输出λ/4阻抗变换线106’一同去掉，采用依靠匹配电路来同时完成Zopt和Zmod两种阻抗状态的调制，导致两路匹配电路难连接到a点(即合路输出点)，基本不具备可实现性。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种功放电路及其负载阻抗调制方法，以至少解决相关技术中在兼顾功放电路的宽带时，难以简化TLLM功放的调试过程的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种功放电路，包括：主路功率放大电路，用于放大主电路上的功率信号；辅路功率放大电路，作为上述主路功率放大电路的辅助电路，用于放大辅助电路上的功率信号，其中，上述主路功率放大电路通过设置在上述主路功率放大电路中的调整线，与上述辅路功率放大电路连接于合路输出点，上述合路输出点为上述主路功率放大电路和上述辅路功率放大电路的并联交汇点，上述调整线用于为上述主路功率放大电路中的主路功放管匹配负载阻抗。

进一步地，上述主路功率放大电路包括：上述主路功放管、主路匹配电路和上述调整线，其中，上述主路功放管的输出端连接至上述主路匹配电路的输入端，上述主路匹配电路的输出端连接至上述调整线的输入端，上述调整线的输出端连接至上述合路输出点；上述辅路功率放大电路包括：辅路功放管和辅路匹配电路，上述辅路功放管的输出端连接至上述辅路匹配电路输入端，上述辅路匹配电路输出端连接至上述合路输出点。

进一步地，上述辅路功率放大电路还包括：输入kλ阻抗变换线，连接至上述辅路功放管的输入端，用于为上述辅路功率放大电路中的上述辅路功放管匹配负载阻抗。

进一步地，上述辅路功率放大电路为一条或者多条。

进一步地，上述调整线为微带传输线。

进一步地，上述微带传输线包括：共面波导和阶梯式微带传输线。

进一步地，上述合路输出点的阻抗为50Ω。

进一步地，上述调整线的特征阻抗为50Ω。

进一步地，上述功放电路还包括：功率分配器，通过分路输入点分别连接至上述主路功率放大电路和上述辅路功率放大电路，用于为上述主路功率放大电路和上述辅路功率放大电路分配相应的功率信号。

根据本发明实施例的另一方面，提供了一种功放电路的负载阻抗调制方法，包括：对任一项上述的功放电路中的主路功率放大电路和辅路功率放大电路的回退功率点对应的负载阻抗进行调制；对上述功放电路中的主路功率放大电路和辅路功率放大电路的大功率点对应的负载阻抗进行调制。

进一步地，上述功放电路包括：TLLM Doherty功放电路。

通过本发明实施例，采用主路功率放大电路，用于放大主电路上的功率信号；辅路功率放大电路，作为主路功率放大电路的辅助电路，用于放大辅助电路上的功率信号，其中，主路功率放大电路通过设置在主路功率放大电路中的调整线，与辅路功率放大电路连接于合路输出点，合路输出点为主路功率放大电路和辅路功率放大电路的并联交汇点，调整线用于为主路功率放大电路中的主路功放管匹配负载阻抗，解决了相关技术中在兼顾功放电路的宽带时，难以简化TLLM功放的调试过程的技术问题，进而达到了在保持原有架构宽带性能良好的同时，还可以简化TLLM功放的调试的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的一种功放电路的电路图；

图2是根据相关技术的另一种功放电路的电路图；

图3是根据本发明实施例的功放电路的电路图；以及

图4是根据本发明实施例的功放电路的负载阻抗调制方法的流程图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

实施例1

在本实施例中提供了一种功放电路。

图3是根据本发明实施例的功放电路的电路图，如图3所示，该电路包括：主路功率放大电路10，用于放大主电路上的功率信号；辅路功率放大电路20，作为主路功率放大电路10的辅助电路，用于放大辅助电路上的功率信号，其中，主路功率放大电路10通过设置在主路功率放大电路10中的调整线102，与辅路功率放大电路20连接于合路输出点A，合路输出点A为主路功率放大电路10和辅路功率放大电路20的并联交汇点，调整线102用于为主路功率放大电路10中的主路功放管104匹配负载阻抗。

其中，实际应用时，当输入的功率信号为小信号时，辅路功率放大电路20处于开路状态，主路功率放大电路10单独工作；当输入的功率信号为大信号时，辅路功率放大电路20处于通路状态，主路功率放大电路10和辅路功率放大电路20同时工作。为主路功率放大电路10中的主路功放管104匹配负载阻抗时，需要调整调整线102的传输线长度。

由于本发明仅仅在主路功率放大电路10中设置了调整线102，而省去了辅路功率放大电路20中的相应的调整线，且省去了合路输出点A之后的具有频率特性的输出λ/4阻抗变换线，因此，不仅消除了它们对放大电路的带宽的影响，而且简化功放电路的调试流程，达到了高可实现性的技术效果。

其中，与如图2所示的传统的doherty功放电路相比，本发明可以保证带宽不受影响的关键在于无输出λ/4阻抗变换线，不受频率特性影响，继承TLLM架构中去掉输出λ/4阻抗变换线以拓宽匹配带宽的优点；而且调整线102的特征阻抗依然保持了50Ω，这与传统doherty功放电路中的特征阻抗一样，因此，本发明中功放电路的输出功率能力与传统doherty功放电路的输出功率能力相同；并且，与传统TLLM功放电路相比，本发明具有高可实现性的关键就在于多了一段调整线102，具体的，由于加入的调整线102，本发明功放电路中的main(即主路功率放大电路10)和peak(即辅路功率放大电路20)两路能很容易结合至合路输出点上，因此，具有高可实现性。

通过本发明，采用主路功率放大电路，用于放大主电路上的功率信号；辅路功率放大电路，作为主路功率放大电路的辅助电路，用于放大辅助电路上的功率信号，其中，主路功率放大电路通过设置在主路功率放大电路中的调整线，与辅路功率放大电路连接于合路输出点，合路输出点为主路功率放大电路和辅路功率放大电路的并联交汇点，调整线用于为主路功率放大电路中的主路功放管匹配负载阻抗，解决了相关技术中在兼顾功放电路的宽带时，难以简化TLLM功放的调试过程的技术问题，进而达到了在保持原有架构宽带性能良好的同时，还可以简化TLLM功放的调试的技术效果。

可选地，如图3所示，上述主路功率放大电路10可以包括：主路功放管104、主路匹配电路106和调整线102，其中，主路功放管104的输出端连接至主路匹配电路106的输入端，主路匹配电路106的输出端连接至调整线102的输入端，调整线102的输出端连接至合路输出点A；上述辅路功率放大电路20可以包括：辅路功放管204和辅路匹配电路206，辅路功放管204的输出端连接至辅路匹配电路206输入端，辅路匹配电路206输出端连接至合路输出点A。

可选地，如图3所示，上述辅路功率放大电路20还可以包括：输入kλ阻抗变换线202，连接至辅路功放管204的输入端，用于为辅路功率放大电路20中的辅路功放管204匹配负载阻抗。其中，k为λ波长的比例系数，如其值可以为1/4。输入kλ阻抗变换线202可以用于在输入小信号时，关断辅路功率放大电路20。另外，输入kλ阻抗变换线202还可以用于使得辅路功率放大电路20与主路功率放大电路10的相位对齐。

可选地，辅路功率放大电路可以为一条或者多条。换言之，本发明不局限应用在两路电路中，可应用于各种两路或两路以上的功放电路架构中。可选地，上述调整线可以为微带传输线。进一步可选地，微带传输线包括：共面波导和阶梯式微带传输线。可选地，如图3所示，合路输出点的阻抗为50Ω。可选地，如图3所示，调整线的特征阻抗为50Ω。其可调范围一般在25Ω～50Ω之间。该功放电路适于宽带宽应用，可广泛的应用于各种Doherty功率放大器中。

可选地，如图3所示，上述功放电路还可以包括：功率分配器30，通过分路输入点分别连接至主路功率放大电路10和辅路功率放大电路20，用于为主路功率放大电路10和辅路功率放大电路20分配相应的功率信号。在对称功放电路中，主、辅路可以均匀分配功率信号；在非对称功放电路中，主、辅路可以按照特定比例分配功率信号。

本发明实施例的实现方式简单，不但解决了功放电路，如传统TLLM架构的功放电路可实现性差的问题。

实施例2

根据本发明的另一方面，提供了一种功放电路的负载阻抗调制方法。

图4是根据本发明实施例的功放电路的负载阻抗调制方法的流程图，如图4所示，该方法包括以下步骤：

步骤S402，对功放电路中的主路功率放大电路的回退功率点对应的负载阻抗进行调制。进一步地，可以对实施例1中任一项实施方式所述的功放电路中的主路功率放大电路和辅路功率放大电路的回退功率点对应的负载阻抗进行调制。

步骤S404，对功放电路中的主路功率放大电路和辅路功率放大电路的大功率点对应的负载阻抗进行调制。

实施时，可以采用逆序操作法执行本实施例的负载阻抗调制步骤，即先执行步骤S402，再执行步骤S404。

可选地，上述的功放电路包括：对称或非对称TLLM Doherty功放电路架构。其中，功放电路中的调整线的特征阻抗可以为50Ω。

以下结合图3，并通过具体实施例详细阐述本发明实施例：

与传统doherty功放电路在进行负载阻抗调制时，先匹配大功率点(@0dB)负载阻抗Zopt再匹配回退功率点(@XdB)负载阻抗Zmod的匹配顺序相比，发明实施例采用了逆序匹配，即，先匹配回退功率点负载阻抗Zmod，再匹配大功率点负载阻抗Zopt。

其中，传统doherty功放电路的负载阻抗调制过程示意如下：

其中，本发明的功放电路(以doherty功放电路为例)的负载阻抗调制过程示意如下：

也即，本发明实施例的逆序匹配：先进行回退功率点阻抗匹配，通过功放的输出匹配电路来实现Zmod到50Ω的阻抗匹配；再通过调节调整线102的线长来完成最大功率点阻抗匹配来实现Zopt到100Ω的阻抗匹配。输出合路点A处的回退功率点的负载阻抗为50Ω，因此调整线的特征阻抗就保证了50Ω。

doherty功放电路的效率指标与回退功率点的阻抗匹配状态息息相关，传统的Zmod阻抗匹配由于需要通过调整线长度的改变来实现，需要经历高阻抗变换比(如(2)中所示)，因此限制了效率带宽。而本发明实施例中Zmod阻抗匹配是直接匹配到50Ω的(如(3)中所示)，阻抗变换比明显降低，有利于达成高效率设计目标。

另外，分步骤实现Zmod和Zopt阻抗匹配，且后一步骤不影响前一步骤的匹配过程，大大简化了调试过程。与传统doherty功放电路的调试过程相比，本发明不仅保证了相同的功率输出能力，提升了带宽，而且有利于提升整体效率。

本发明可应用于各种两路或两路以上的对称或非对称的Doherty功放电路架构中，在此以图3所示的两路Doherty功放电路架构为例，详细描述本发明实施方式如下：

S2，确定Zopt和Zmod的阻抗选点。根据信号的峰值平均功率比PAPR确定出非对称比例，根据非对称比例确定两个阻抗的相对驻波比，最终在等驻波比圆上确定Zopt和Zmod的取值。

S4，通过匹配电路来实现Zmod到50Ω的阻抗匹配。利用smith圆图或者ADS等仿真工具，通过阶梯式微带传输线和并联电容组合将Zmod阻抗变换到50Ω。

S6，实现Zopt的阻抗匹配。调整线102的特征阻抗为50Ω的，改变调整线102的长度，可使Zopt阻抗变换到需要的目标阻抗上，如对称doherty中的100Ω。

S8，最后完成进行其余电路的设计。其余电路与传统doherty设计方法类似，在此不再赘述。

本发明的实现方式简单，不但解决了传统TLLM架构可实现性差的问题，main路阻抗匹配的逆序匹配反而使回退功率点匹配带宽得到拓宽，更有利于doherty整体效率的提升。

另外，本发明继承了TLLM架构中去掉输出λ/4阻抗变换线以拓宽匹配带宽的优点，通过采用回退功率点和大功率点阻抗匹配的逆序操作，使得特征阻抗为50Ω的调整线102得以加入，带来的有益效果是保持传统TLLM宽带特性的同时，具备了能完全应用在实际电路的可实现性。在实现Zmod阻抗匹配的同时，阻抗变换比的显著降低，有助于进一步提升doherty功放电路的效率。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

本发明的实施例还提供了一种存储介质。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：

S10，对功放电路中的主路功率放大电路的回退功率点对应的负载阻抗进行调制；

S12，对功放电路中的主路功率放大电路和辅路功率放大电路的大功率点对应的负载阻抗进行调制。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

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。

工业实用性

上述的本发明实施例，可以应用于放大电路领域，解决了相关技术中在兼顾功放电路的宽带时，难以简化TLLM功放的调试过程的技术问题，进而达到了在保持原有架构宽带性能良好的同时，还可以简化TLLM功放的调试的技术效果。

Claims

一种功放电路，包括：

主路功率放大电路，用于放大主电路上的功率信号；

辅路功率放大电路，作为所述主路功率放大电路的辅助电路，用于放大辅助电路上的功率信号，

其中，所述主路功率放大电路通过设置在所述主路功率放大电路中的调整线，与所述辅路功率放大电路连接于合路输出点，所述合路输出点为所述主路功率放大电路和所述辅路功率放大电路的并联交汇点，所述调整线用于为所述主路功率放大电路中的主路功放管匹配负载阻抗。
根据权利要求1所述的电路，其中，

所述主路功率放大电路包括：所述主路功放管、主路匹配电路和所述调整线，其中，所述主路功放管的输出端连接至所述主路匹配电路的输入端，所述主路匹配电路的输出端连接至所述调整线的输入端，所述调整线的输出端连接至所述合路输出点；

所述辅路功率放大电路包括：辅路功放管和辅路匹配电路，所述辅路功放管的输出端连接至所述辅路匹配电路输入端，所述辅路匹配电路输出端连接至所述合路输出点。
根据权利要求2所述的电路，其中，所述辅路功率放大电路还包括：输入kλ阻抗变换线，连接至所述辅路功放管的输入端，用于为所述辅路功率放大电路中的所述辅路功放管匹配负载阻抗。
根据权利要求2所述的电路，其中，所述辅路功率放大电路为一条或者多条。
根据权利要求2所述的电路，其中，所述调整线为微带传输线。
根据权利要求5所述的电路，其中，所述微带传输线包括：共面波导和阶梯式微带传输线。
根据权利要求1所述的电路，其中，所述合路输出点的阻抗为50Ω。
根据权利要求1所述的电路，其中，所述调整线的特征阻抗为50Ω。
根据权利要求1所述的电路，其中，所述功放电路还包括：功率分配器，通过分路输入点分别连接至所述主路功率放大电路和所述辅路功率放大电路，用于为所述主路功率放大电路和所述辅路功率放大电路分配相应的功率信号。
一种功放电路的负载阻抗调制方法，包括：

对权利要求1至9中任一项所述的功放电路中的主路功率放大电路和辅路功率放大电路的回退功率点对应的负载阻抗进行调制；

对所述功放电路中的主路功率放大电路和辅路功率放大电路的大功率点对应的负载阻抗进行调制。
根据权利要求10所述的方法，其中，所述功放电路包括：TLLM Doherty功放电路。