采用多級式輔路放大器的Doherty功率放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用多級式輔路放大器的Doherty功率放大器，包括非對稱功率分配器、主路放大單元、輔路放大單元和合路器。主路放大單元包括主路相位延遲線、主路放大器和主路補償線。輔路放大單元包括輔路相位延遲線、輔路預放大器、輔路放大器和輔路補償線。非對稱功率分配器將較大功率的第一路信號輸出至主路放大單元，將較小功率的第二路信號輸出至輔路放大單元。輔路預放大器將第二路信號預放大后輸出至輔路放大器。該采用多級式輔路放大器的Doherty功率放大器相對于傳統(tǒng)Doherty功率放大器，在通過非對稱功率分配器增強主路放大單元增益的同時，通過輔路預放大器提高輔路放大器的輸入功率，進而增強了Doherty功率放大器的負載調(diào)制，提高了輸出功率和回退效率。
【專利說明】采用多級式輔路放大器的Doherty功率放大器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來說，涉及一種采用多級式輔路放大器的Doherty功率放大器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著綠色環(huán)保和節(jié)能減排日益受到重視，通信運營商對于無線通信系統(tǒng)功耗降低的要求也越來越高。功率放大器作為無線通信發(fā)射系統(tǒng)中的末級模塊，其自身的效率對于整個通信系統(tǒng)效率指標的影響巨大。在普通商用移動通信基站中，末級功率放大器的功率消耗占整個系統(tǒng)的60%以上。由此可見，如果末級功率放大器效率過低，不僅增加了整個移動基站系統(tǒng)的功耗，而且還產(chǎn)生了過多的熱量，由此帶來的散熱措施也將消耗大量能源。因此，提高功率放大器的效率已經(jīng)成為如今無線通信領(lǐng)域的熱點課題。
[0003]此外，隨著移動通信技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是第三代移動通信技術(shù)(3G)的普及以及第四代移動通信技術(shù)(4G)的發(fā)展，移動通信所傳輸?shù)男畔⒘吭絹碓酱?，對于無線通信收發(fā)系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。由于4G移動通信系統(tǒng)的信號峰均比相比以前的移動通信系統(tǒng)的信號峰均比更大，以目前逐步進入商用試驗階段LTE系統(tǒng)等4G移動通信系統(tǒng)為例，其信號峰均比在1dB左右，所以功率放大器在放大此類高峰均比信號時，為了保證信號的線性度，必須工作在一個比飽和功率較低得多的功率點，由此帶來了效率的急劇下降。因此，對于高效率功率放大器的設(shè)計已經(jīng)不僅僅是要求在飽和功率附近實現(xiàn)較高的效率，而是要求在一個更大的功率回退范圍內(nèi)也能提供較高的效率。
[0004]Doherty功率放大器是目前商用移動通信基站中應(yīng)用廣泛的一種高效率功率放大器技術(shù)，傳統(tǒng)Doherty功率放大器，如圖1所示，包括3dB功率分配器、主路放大器，輔路放大器和合路器，其基本原理為:在輸入信號較小時，偏置在AB類的主路放大器先于偏置在C類輔路放大器導通，主路放大器在合路器中的λ /4阻抗變換線的作用下，提前達到飽和并實現(xiàn)高效率；隨著輸入信號進一步增大，輔路放大器開始導通，通過Doherty有源負載調(diào)制的作用，使主路和輔路放大器都工作在飽和區(qū)，從而使得整個Doherty功率放大器在較大的功率回退范圍內(nèi)都保持高效率。
[0005]然而，發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，對于傳統(tǒng)Doherty功率放大器，在相同輸入功率的情況下，C類輔路放大器的增益比AB類主路放大器低，使得輔路放大器輸出電流低于主路放大器，導致了 Doherty有源負載調(diào)制不夠充分，降低了整個Doherty功率放大器的輸出功率和回退效率。因此，如何增強Doherty功率放大器的負載調(diào)制，進而提高輸出功率和回退效率對于提高基站系統(tǒng)性能及降低成本，具有十分重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種采用多級式輔路放大器的Doherty功率放大器,該Doherty功率放大器在保證主路放大器具有較高增益的同時,可使輔路放大器的輸出功率得到提高，從而增強有源負載調(diào)制，提高Doherty功率放大器的輸出功率和回退效率。
[0007]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種采用多級式輔路放大器的Doherty功率放大器，包括非對稱功率分配器、主路放大單元、輔路放大單元和合路器。所述主路放大單元包括主路相位延遲線、主路放大器和主路補償線。所述輔路放大單元包括輔路相位延遲線、輔路預放大器、輔路放大器和輔路補償線。所述合路器包括特性阻抗為35歐姆的λ/4阻抗變換線，其中，λ是Doherty功率放大器工作頻率對應(yīng)的波長。
[0009]進一步，所述非對稱功率分配器將較大功率的第一路信號輸出至主路放大單元，將較小功率的第二路信號輸出至輔路放大單元。
[0010]進一步，所述輔路預放大器將第二路信號預放大后輸出至輔路放大器。
[0011]進一步，所述輔路預放大器可由一個或者多個放大器組成。
[0012]進一步，所述主路放大器通過主路補償線與合路器中的35歐姆的λ /4阻抗變換線連接。
[0013]進一步，所述主路相位延遲線和輔路相位延遲線用于調(diào)整第一路信號和第二路信號的相位，使兩者在合路器的輸入端保持同相位。
[0014]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果:
[0015](I)提高了輸出功率和回退效率。傳統(tǒng)Doherty功率放大器中，由于輔路放大器偏置在C類，其增益低于偏置在AB類的主路放大器，從而使得輔路放大器飽和輸出電流低于主路放大器，無法實現(xiàn)理想的有源負載調(diào)制和應(yīng)有的飽和功率，進而影響到了回退效率。本發(fā)明在輔路放大器之前增加了預放大器，提高輔路放大器的增益，使其輸出與主路放大器相對應(yīng)的飽和電流，實現(xiàn)有效的有源負載調(diào)制，提高了功率放大器的飽和輸出功率和回退效率。
[0016](2)提高了增益。對于功率放大器的整體增益，當輸入信號較小時，輔路放大器暫時不工作，Doherty功率放大器的增益由主路放大器決定。傳統(tǒng)Doherty功率放大器中功率分配器采用等功分的3dB功率分配器，這樣使得Doherty功率放大器的整體增益下降了3dB。本發(fā)明中采用了非對稱功率分配器，將較大功率輸出至主路放大器，可以使Doherty功率放大器整體增益的降低縮減至IdB左右。
[0017](3)減小了輸出端損耗。本發(fā)明中省略了傳統(tǒng)Doherty功率放大器輸出端所需要的50歐姆λ /4阻抗變換線，通過調(diào)整主路補償線的長度來達到Doherty負載調(diào)制的狀態(tài)，盡可能縮短輸出端的傳輸線長度，從而降低了輸出端的損耗，提高了功率放大器的輸出功率和效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1傳統(tǒng)的Doherty功率放大器的結(jié)構(gòu)框圖。
[0019]圖2本發(fā)明的Doherty功率放大器的結(jié)構(gòu)框圖。
[0020]圖3本發(fā)明實施例的Doherty功率放大器增益與輸出功率的關(guān)系圖。
[0021]圖4本發(fā)明實施例的Doherty功率放大器效率與輸出功率的關(guān)系圖。
[0022]圖中有:非對稱功率分配器10、主路放大單元20、主路相位延遲線201、主路放大器202、主路補償線203、輔路放大單元30、輔路相位延遲線301、輔路預放大器302、輔路放大器303、輔路補償線304、合路器40、35歐姆λ /4阻抗變換線401。

【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。
[0024]如圖2所示，本發(fā)明的一種采用多級式輔路放大器的Doherty功率放大器，包括非對稱功率分配器10、主路放大單元20、輔路放大單元30和合路器40。所述主路放大單元20包括主路相位延遲線201、主路放大器202和主路補償線203。所述輔路放大單元30包括輔路相位延遲線301、輔路預放大器302、輔路放大器303和輔路補償線304。所述合路器40包括λ /4阻抗變換線401，其中，λ是Doherty功率放大器工作頻率對應(yīng)的波長。主路相位延遲線201、輔路相位延遲線301、主路補償線203、輔路補償線304的特性阻抗均為50歐姆，λ /4阻抗變換線401的特性阻抗為35歐姆。
[0025]在上述的Doherty功率放大器中，非對稱功率分配器10將Doherty功率放大器的輸入信號非對稱地分配為兩路信號，即第一路信號和第二路信號。第一路信號與第二路信號的功率比大于I。第一路信號通過主路相位延遲線201調(diào)整相位后輸出至主路放大器202，經(jīng)過主路放大器202放大后，通過主路補償線203輸出至合路器40的第一輸入端。第二路信號通過輔路相位延遲線301調(diào)整相位后輸出至輔路預放大器302，經(jīng)過輔路預放大器302預放大后輸出至輔路放大器303，經(jīng)過放大后通過輔路補償線304輸出至合路器40的第二輸入端。主路補償線203用于補償主路功放管內(nèi)部寄生電感、電容等寄生參數(shù)，并與35歐姆λ/4阻抗變換線401共同作用以保證放大器在功率回退時達到飽和效率。輔路補償線304的作用為補償輔路功放管內(nèi)部寄生電感、電容等寄生參數(shù)以保證其在未開啟時輸出端為開路。主路相位延遲線201和輔路相位延遲線301的作用是調(diào)整第一路信號和第二路信號的相位，使兩路信號在合路器40的第一和第二輸入端實現(xiàn)同相。
[0026]在上述的Doherty功率放大器中，輔路預放大器302將第二路信號預放大后輸出至輔路放大器303，克服了輔路放大器303偏置在C類時增益較低的問題。
[0027]在上述的Doherty功率放大器中，輔路預放大器302可由一個或者多個放大器組成。
[0028]在上述的Doherty功率放大器中，主路放大器202通過主路補償線203直接與合路器40中的35歐姆的λ /4阻抗變換線401連接，減小了輸出端傳輸線的長度，從而降低了輸出端的損耗。
[0029]在上述的Doherty功率放大器中，所述主路相位延遲線201和輔路相位延遲線301用于調(diào)整第一路信號和第二路信號的相位，使兩者在合路器40的輸入端保持同相位。
[0030]本發(fā)明的工作原理是:通過非對稱功率分配器10將較大功率的第一路信號輸出至主路放大單元20，從而減小了主路放大單元20增益的損失，提高了 Doherty功率放大器的整體增益。非對稱功率分配器10輸出的較小功率的第二路信號輸出至輔路放大單元30，經(jīng)過輔路預放大器302預放大后再輸出至輔路放大器303中進行放大，克服了輔路放大器303偏置在C類時增益較低帶來的有源負載調(diào)制不充分的問題，從而使輔路放大器303達到與主路放大器202相同的飽和電流，實現(xiàn)理想的有源負載調(diào)制，從而提高了 Doherty功率放大器整體輸出功率和回退效率。
[0031]下面例舉一個實施例。
[0032]本實施例中的Doherty功率放大器工作頻率為2550MHz，主路放大器202和輔路放大器303的功放管均采用CREE的HEMT功放管CGH27060，輔路預放大器302的功放管采用CREE的HEMT功放管CGH40010。主路放大器202偏置在AB類，輔路預放大器302偏置在C類，輔路放大器303偏置在B類。非對稱功率分配器輸出的第一路信號和第二路信號的功率比為3.5:1。
[0033]圖3是本實施例的Doherty功率放大器的增益與輸出功率關(guān)系圖。從圖中可以看出，本實施例的Doherty功率放大器小信號增益約為13dB，相對于單路放大器增益降低較小，約為IdB左右。飽和輸出功率約為51dBm，主路放大器202和輔路放大器303中的功放管功率容量得到了充分的利用。圖4是本實施例的Doherty功率放大器的效率與輸出功率關(guān)系圖。從圖4可知，本實施例的Doherty功率放大器的飽和效率為55%。當功率回退9dBm時，本實施例的Doherty功率放大器的效率為41 %，實現(xiàn)了在大功率回退時較高的回退效率。
【權(quán)利要求】
1.一種采用多級式輔路放大器的Doherty功率放大器，包括非對稱功率分配器(10)、主路放大單元(20)、輔路放大單元(30)和合路器(40)。其特征在于，所述主路放大單元(20)包括主路相位延遲線(201)、主路放大器(202)和主路補償線(203)。所述輔路放大單元(30)包括輔路相位延遲線(301)、輔路預放大器(302)、輔路放大器(303)和輔路補償線(304)。所述合路器(40)包括特性阻抗為35歐姆的λ /4阻抗變換線(401)，其中，λ是Doherty功率放大器工作頻率對應(yīng)的波長。
2.按照權(quán)利要求1所述的采用多級式輔路放大器的Doherty功率放大器，其特征在于，所述非對稱功率分配器(10)將較大功率的第一路信號輸出至主路放大單元(20)，將較小功率的第二路信號輸出至輔路放大單元(30)。
3.按照權(quán)利要求1所述的采用多級式輔路放大器的Doherty功率放大器，其特征在于，所述輔路預放大器(302)將第二路信號預放大后輸出至輔路放大器(303)。
4.按照權(quán)利要求1所述的采用多級式輔路放大器的Doherty功率放大器，其特征在于，所述輔路預放大器(302)可由一個或者多個放大器組成。
5.按照權(quán)利要求1所述的采用多級式輔路放大器的Doherty功率放大器，其特征在于，所述主路放大器(202)通過主路補償線(203)與合路器(40)中的35歐姆的λ/4阻抗變換線(401)連接。
6.按照權(quán)利要求1所述的采用多級式輔路放大器的Doherty功率放大器，其特征在于，所述主路相位延遲線(201)和輔路相位延遲線(301)用于調(diào)整第一路信號和第二路信號的相位，使兩者在合路器(40)的輸入端保持同相位。
【文檔編號】H03F1/07GK104393843SQ201410796839
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】夏景, 楊利霞, 孔娃, 付垠凱, 王海龍, 黃龍 申請人:夏景