[发明专利]负载调制功率放大器

说明书

本发明公开一种负载调制功率放大器，主要针对现有技术中功率放大器实现最佳性能的条件较苛刻的问题。该负载调制功率放大器包括依次串联连接的功率分配电路、功放电路、负载预匹配电路和负载电阻R_L0；其中所述负载预匹配电路用于将R_L0转换成调制阻抗，在低功率输入时负载调制效应将调制阻抗转换为Z_1T，在高功率输入时负载调制效应将调制阻抗转换为2Z_1T，其中Z_1T＝R_L+jX_L。本发明通过负载预匹配电路在负载调制阻抗中引入了虚部X_L，使得在计算使功率放大器达到最佳性能的条件时加入了含有R_L以及X_L的自由变量，从而弱化了负载调制功率放大器实现最佳性能的条件。

技术领域

本发明涉及一种负载调制功率放大器。

背景技术

随着无线通信的广泛应用，为了获得更好的通信性能，功率放大器的调制方式越来越复杂，调制信号的峰均比不断增加。为了使信号的波段对发射机发射性能产生的影响最小化，发射机的最后一级功放模块往往需要工作在功率回退状态，这导致了功率放大器的实际工作效率很低，往往不能满足应用要求。

Doherty结构的功率放大器是一种典型的能够提高功率回退效率的功率放大器，因此在3G、4G等先进的通信系统中有着广泛的应用。Doherty功率放大器的关键点是应用了负载调制原理，使得功率管芯的负载阻抗随着输入功率的变化而变化。传统的Doherty功率放大器的结构如图1所述。该功放其能够实现输入功率回退效率较高的条件是：主功放管在功率回退时的最佳负载阻抗为功率饱和时的最佳负载阻抗的两倍，使得主功放管提前达到饱和状态，从而获得较高的效率。在图1中，第二四分之一波长线用于在低功率输入状态时将最佳负载阻抗R_1T调制转换为2R_1T，R_1T为饱和输出时的最佳负载阻抗。第一输出匹配电路用于补偿芯片片上寄生电容、绑定线及封装带来的非理想效应。

由于存在第一输出匹配电路，使得功率回退时主功放管的负载阻抗不能保证为最佳负载阻抗，这导致了功率回退时的效率不能保证为最佳效率。第一阻抗补偿线用于调节功率回退时的主功放管的负载阻抗更加接近最佳负载阻抗，而不影响大功率输入状态时的阻抗匹配情况。第二输入补偿线用于调节辅助功放管的输出阻抗为高阻，防止主功放支路的功率泄漏到辅助功放支路。

由于相位补偿线、四分之一波长线的存在，使得Doherty功率放大器的工作带宽有限。IEEETRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES(IEEE微波理论与技术汇刊)在2012年9月9日第60卷发表的一篇名称为“A Transformer-Less Load-Modulated(TLLM)Architecture for EfficientWideband Power Amplifiers”的文章中，M.Akbarpour等人提出了一种取消了阻抗补偿线与四分之一波长线的负载调制功率放大器(LMPA)，用50欧姆的负载电阻直接作为调制阻抗。该功率放大器在功率回退时的最佳负载阻抗为Z_M，opt，B＝M₁+j*N₁，饱和时的最佳负载阻抗为Z_M，opt，P＝M₂+j*N₂，这种LMPA要获取最佳性能的条件是：2(N₂-N₁)²＝(2M₁-M₂)(2M₂-M₁)，这是一个非常苛刻的条件。

综上所述，传统的负载调制功率放大器，包括Doherty结构以及M.Akbarpour提出的LMPA放大器，其负载调制阻抗均为实阻抗，要同时实现功率放大器在功率回退与饱和功率的功率放大器时的最佳性能，都必须满足上述条件。