一种高功率高效率Doherty功率放大器制造技术

本发明专利技术提供一种高功率高效率Doherty功率放大器，包括不等分威尔金森功分器、载波功率放大电路、峰值功率放大电路和负载调制网络，载波功率放大电路采用连续B/J类功率放大器，峰值功率放大电路采用两级功放级联结构，辅峰值功率放大电路采用C类功率放大器，主峰值功率放大电路采用连续B/J类功率放大器。相对于现有技术，本发明专利技术采用新的Doherty结构，这样可以在保证效率的同时极大的提高饱和输出功率。辅峰值功放采用普通的C类，主峰值功放和载波功放采用连续B/J类，利用其谐波控制网络可以很好的控制二次和四次短路，三次和五次开路，使得功放输出的电流波形近似为半正弦波，电压波形近似为方波，使Doherty得回退效率和饱和输出功率得到极大提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及射频通讯
，尤其涉及一种高功率高效率Doherty功率放大器。
技术介绍
近年来，无线通信技术得到了很大的发展，调制方式也日趋复杂。功率放大器，作为发射机中的末级模块，是整个射频系统中功耗最大的部件，它的主要作用是对前级输出的信号进行功率放大，然后将放大后的信号送给天线进行发射。由于现在发射机制的改变和传输距离的增大，功放能够输出足够高的功率并且拥有足够高的效率成为了当下主要追求的技术指标同时线性度也是功率放大器的关键指标。这主要体现在这样以下几个方面：(1)功率放大器的输出功率。由于目前无线信号传输要求的距离在逐渐增加，随着距离的增加能量损耗就在增加，这就无疑会要求功放必须在末级把输出功率推得足够高，以便长距离传输。(2)功率放大器的效率。由于功率放大器是整个射频发射单元的最后一级，消耗最多的能量，所以就要求功率放大器的效率要尽可能的高。由于现代通信系统都以调制信号为主要的传输手段，被放大的信号一般具有较高的峰均比，这就要求功率放大器不仅要在输出最大功率的情况下保持高效率，也要求在功率回退的情况下也有很高的效率。(3)功率放大器的线性度。由于最新通信系统如CMDA、LTE等处于日益严峻的通信环境中，在整个信号的传输过程中为了保证误码率等指标，必须提高整个系统的线性度，而对于射频发射前端线性度影响最大的器件就是处于末端的功率放大器。功率回退虽然可以提升线性度，但是随着功率的回退，效率会大大的降低，功率放大器在整个系统中，属于比较耗能的器件，牺牲效率去换取线性度，这种做法对电池的供电时间和器件的可靠性均有很大的不利影响。现有技术中，为了同时保证功率放大器的线性度和效率，通常采用对称结构的Doherty技术。但传统Doherty功率放大器的峰值功放只含有一个功放，这样峰值功放在整个Doherty中贡献出的功率就受到极大约束，现有技术为了提高输出功率，通常采用多个Doherty并联的结构使得输出功率加大，但这种并联结构会导致功率放大器的整体面积增加；另外现有技术中的Doherty功率放大器中载波功放偏置为AB类工作模式，峰值功放偏置在C类工作模式，由于采用传统AB类和C类功放，造成Doherty功放的最大饱和效率和回退效率无法进一步提升。同时目前Doherty功率放大器里的载波功率放大器和峰值功率放大器都是只考虑到基波匹配并没有考虑到谐波控制对效率的提高，Doherty的研究重点是如何提升功率放大器的回退效率和饱和输出功率。如何提高Doherty功率放大器在功率回退情况下的效率和饱和工作时的输出功率是一个亟待解决的问题。故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高功率高效率Doherty功率放大器，通过将传统Doherty功率放大器中的载波功率放大器换成连续B/J类功率放大器，而其峰值功率放大器换成一个普通C类的辅峰值功放和连续B/J类主峰值功放的级联结构，连续B/J类功率放大器能够将二次和四次谐波短路且三次和五次谐波开路，并利用负载牵引系统来回迭代得到最佳基波负载和源阻抗，从而提高Doherty功率放大器的输出功率和效率。为了克服现有技术的缺陷，本专利技术采用以下技术方案：一种高功率高效率Doherty功率放大器，包括不等分威尔金森功分器、载波功率放大电路、峰值功率放大电路和负载调制网络，其中，所述不等分威尔金森功分器用于将输入信号进行功率不等分并将较大的功率信号输出给所述载波功率放大电路以及将较小的功率信号输出给峰值功率放大电路，所述载波功率放大电路的输出端和所述主峰值功率放大电路的输出端均与所述负载调制网络相连接，经所述负载调制网络将功率输出给负载；所述载波功率放大电路包括依次串接的载波输入匹配电路、载波功率放大器和载波输出匹配电路，所述峰值功率放大电路包括依次串接的峰值输入匹配电路、辅峰值功率放大器、级间匹配电路、主峰值功率放大器和峰值输出匹配电路，所述载波输出匹配电路和峰值输出匹配电路与负载调制网络相接；所述负载调制网络包括特征阻抗为50欧，1/4波长的第一阻抗变换器R1和特征阻抗为35欧，1/4波长的第二阻抗变换器R2；所述载波功率放大电路通过所述第一阻抗变换器R1与所述主峰值功率放大电路相连接，并经所述第二阻抗变换器R2将功率输出给负载；所述的载波功率放大器采用连续B/J类功率放大器结构，所述辅峰值功率放大器采用普通C类功率放大器结构，所述主峰值功率放大器采用连续B/J类功率放大器结构；所述载波输出匹配电路和峰值输出匹配电路采用相同结构的匹配电路，该匹配电路包括第一传输线TL1、第二传输线TL2、第三传输线TL3、第四传输线TL4、第五传输线TL5、第六传输线TL6、第七传输线TL7和第八传输线TL8，其中，所述第三传输线TL3的长度为λ/20波长，所述第五传输线TL5的长度为λ/12波长，所述第六传输线TL6和第七传输线TL7的长度为λ/8的波长，所述第一传输线TL1的一端与功率放大器的输出端相连接，所述第一传输线TL1的的另一端与所述第二传输线TL2的一端和所述第三传输线TL3以及第四传输线TL4的一端相连接，所述第二传输线TL2和第三传输线TL3的另一端开路；所述第四传输线TL4的另一端与所述第五传输线TL5和第六传输线TL6的一端相连接，所述第五传输线TL5的另一端开路；所述第六传输线TL6的另一端与第七传输线TL7和第八传输线TL8相连接，所述第七传输线TL7和第八传输线TL8的另一端开路；所述第八传输线TL8为扇形微带线。优选地，所述的不等分威尔金森功分器与峰值功率放大电路之间设有50欧相位补偿线。优选地，所述的峰值功率放大电路与负载调制网络之间设有50欧峰值补偿线。优选地，所述的载波功率放大电路与负载调制网络之间设有50欧载波补偿线。优选地，所述载波功率放大器采用晶体管实现。优选地，所述辅峰值功率放大器采用晶体管实现。优选地，所述的主峰值功率放大器采用晶体管实现。优选地，所述第一传输线TL1、第二传输线TL2、第四传输线TL4和第八传输线TL8的参数根据实际输入信号参数调节。优选地，所述负载阻抗为50欧。相对于现有技术，本专利技术提供的高功率高效率Doherty功率放大器，将现有Doherty功率放大器的载波放大器替换为连续B/J类功放，而峰值功放采用辅功放和主功放级联结构，并将辅峰值功放保持普通C类而主峰值功放采用连续B/J类，利用连续B/J类功放的谐波抑制能力为Doherty提供足够高的效率，由于峰值功放对载波功放具有负载牵引作用，采用在主峰值功放中采用连续B/J类，使得输出的高功率都为基波功率，一方面可以契合载波功放实现高效率，高线性度，另一方面可以输出足够高的功率。通过载波和主峰值输出匹配电路很好的将二、四次谐波短路和三、五次谐波开路，实现了波形整形的目的，使得功放输出的电流波形近似为半正弦波，电压波形近似为方波，极大地提高了功放的效率、线性度和输出功率。采用本专利技术的技术方案，能够有效提高单个Doherty功率放大器的饱和输出功率，从而有效减少功率放大器的整体面积。附图说明图1是本专利技术高功率高效率Doherty功率放大器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率高效率Doherty功率放大器，其特征在于，包括不等分威尔金森功分器、载波功率放大电路、峰值功率放大电路和负载调制网络，其中，所述不等分威尔金森功分器用于将输入信号进行功率不等分并将较大的功率信号输出给所述载波功率放大电路以及将较小的功率信号输出给峰值功率放大电路，所述载波功率放大电路的输出端和所述主峰值功率放大电路的输出端均与所述负载调制网络相连接，经所述负载调制网络将功率输出给负载；所述载波功率放大电路包括依次串接的载波输入匹配电路、载波功率放大器和载波输出匹配电路，所述峰值功率放大电路包括依次串接的峰值输入匹配电路、辅峰值功率放大器、级间匹配电路、主峰值功率放大器和峰值输出匹配电路，所述载波输出匹配电路和峰值输出匹配电路与负载调制网络相接；所述负载调制网络包括特征阻抗为50欧，1/4波长的第一阻抗变换器R1和特征阻抗为35欧，1/4波长的第二阻抗变换器R2；所述载波功率放大电路通过所述第一阻抗变换器R1与所述主峰值功率放大电路相连接，并经所述第二阻抗变换器R2将功率输出给负载；所述的载波功率放大器采用连续B/J类功率放大器结构，所述辅峰值功率放大器采用普通C类功率放大器结构，所述主峰值功率放大器采用连续B/J类功率放大器结构；所述载波输出匹配电路和峰值输出匹配电路采用相同结构的匹配电路，该匹配电路包括第一传输线TL1、第二传输线TL2、第三传输线TL3、第四传输线TL4、第五传输线TL5、第六传输线TL6、第七传输线TL7和第八传输线TL8，其中，所述第三传输线TL3的长度为λ/20波长，所述第五传输线TL5的长度为λ/12波长，所述第六传输线TL6和第七传输线TL7的长度为λ/8的波长，所述第一传输线TL1的一端与功率放大器的输出端相连接，所述第一传输线TL1的的另一端与所述第二传输线TL2的一端和所述第三传输线TL3以及第四传输线TL4的一端相连接，所述第二传输线TL2和第三传输线TL3的另一端开路；所述第四传输线TL4的另一端与所述第五传输线TL5和第六传输线TL6的一端相连接，所述第五传输线TL5的另一端开路；所述第六传输线TL6的另一端与第七传输线TL7和第八传输线TL8相连接，所述第七传输线TL7和第八传输线TL8的另一端开路；所述第八传输线TL8为扇形微带线。...

【技术特征摘要】
1.一种高功率高效率Doherty功率放大器，其特征在于，包括不等分威尔金森功分器、载波功率放大电路、峰值功率放大电路和负载调制网络，其中，所述不等分威尔金森功分器用于将输入信号进行功率不等分并将较大的功率信号输出给所述载波功率放大电路以及将较小的功率信号输出给峰值功率放大电路，所述载波功率放大电路的输出端和所述主峰值功率放大电路的输出端均与所述负载调制网络相连接，经所述负载调制网络将功率输出给负载；所述载波功率放大电路包括依次串接的载波输入匹配电路、载波功率放大器和载波输出匹配电路，所述峰值功率放大电路包括依次串接的峰值输入匹配电路、辅峰值功率放大器、级间匹配电路、主峰值功率放大器和峰值输出匹配电路，所述载波输出匹配电路和峰值输出匹配电路与负载调制网络相接；所述负载调制网络包括特征阻抗为50欧，1/4波长的第一阻抗变换器R1和特征阻抗为35欧，1/4波长的第二阻抗变换器R2；所述载波功率放大电路通过所述第一阻抗变换器R1与所述主峰值功率放大电路相连接，并经所述第二阻抗变换器R2将功率输出给负载；所述的载波功率放大器采用连续B/J类功率放大器结构，所述辅峰值功率放大器采用普通C类功率放大器结构，所述主峰值功率放大器采用连续B/J类功率放大器结构；所述载波输出匹配电路和峰值输出匹配电路采用相同结构的匹配电路，该匹配电路包括第一传输线TL1、第二传输线TL2、第三传输线TL3、第四传输线TL4、第五传输线TL5、第六传输线TL6、第七传输线TL7和第八传输线TL8，其中，所述第三传输线TL3的长度为λ/20波长，所述第五传输线TL5的长度为λ/12波长，所述第六传输线TL6和第七传输线TL7的长度为λ/8的波长，所述第一传输线TL1的一端与功率放...

【专利技术属性】
技术研发人员：程知群，轩雪飞，刘国华，李江舟，张明，赵子明，涂琴，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33