[发明专利]一种宽带高效率Doherty功率放大器及其设计方法

说明书

本发明公开了一种宽带高效率Doherty功率放大器及其设计方法。现有Doherty功率放大器的相对带宽通常被限制在50％以下，且性能在频带的边缘处明显劣化。本发明一种宽带高效率Doherty功率放大器，包括功分器、载波功率放大电路、峰值功率放大电路、后匹配网络和输出电阻。载波功率放大电路包括载波输入匹配网络、载波功率放大器、载波输出基波匹配网络和载波功放补偿线。峰值功率放大电路包括峰值输入匹配网络、峰值功率放大器、峰值输出基波匹配网络和峰值功放补偿线。后匹配网络包括第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线和第六微带线。本发明消除了高阶匹配网络所带来的带宽限制。

技术领域

本发明属于功率放大器技术领域，具体涉及一种宽带高效率的混合连续型Doherty功率放大器。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，射频微波技术在人们的日常生活中越来越重要。为了在有限的频谱带宽内传输尽可能大的数据量，通信商通常采用非常复杂的调制方式，而这会导致信号的峰均比(PAPR)变大，而使用传统的功率放大器如A类、AB类对非恒包络信号进行放大效率很低，尤其是在大功率回退的时候。兼顾在较高带宽下实现高效率和高线性度的射频功率放大器成为学术界和工业界的研究热点之一。Doherty功率放大器因能高效放大调制信号且成本较低而成为当今无线通信所采用功率放大器的主流形式。一个典型的两路Doherty功率放大器包括载波和峰值两个功率放大器，载波和峰值功放输入端由功分器将信号一分为二分别输入，输出端通过一个负载调制网络将信号合路输出，根据输入信号的大小动态调制主辅功率放大器的有效负载阻抗，从而使Doherty功放在输出功率大幅度回退的情况下仍然具有很高的效率。

但随着通信技术的快速发展和对节能环保要求的日趋看重，传统两路Doherty功率放大器回退效率和带宽已经不能满足当今无线通信系统的要求，因此，亟需研制出新型宽带高效率Doherty功率放大器以满足当前日益增长的无线通信传输数据量的需求。如何提高Doherty的带宽和效率自然的成为学术界以及工业界的研究热点之一。

根据以往公开的关于宽带Doherty功率放大器的技术方案，相对带宽通常被限制在50％以下，并且性能在频带的边缘处明显劣化，效率也很难满足要求。因此，带宽和效率还不足以满足现代基站的要求。这种不足的一个主要原因是以前的设计仅仅集中在功率放大器的匹配，而忽略谐波分量。设计人员多年来已经知道，电压和电流波形中的谐波分量起着重要的作用，可加以控制以实现更高的效率，近几年提出的F类正是基于谐波控制理论。但是，单管F类不能实现在回退情况下的高效率输出，且带宽较窄，为了提高带宽，现有技术提出连续F类思想，从而单管实现高效率高带宽。由此，为了提高Doherty的效率和带宽，研究人员将两种技术结合在一起，基于Doherty和连续模式技术取得一定进展，在理论上可以同时实现带宽和效率的提高。不过不幸的是，由于谐波调谐和基波延迟之间的矛盾，试图用连续模式功放简单地取代Doherty中常规的AB类功放并没有达到预期的效果，而提高Doherty的带宽和效率对实现通信频带更好的覆盖和基站的节能高效至关重要，也是现今亟需解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽带高效率Doherty功率放大器及其设计方法。

本发明一种宽带高效率Doherty功率放大器，包括功分器、载波功率放大电路、峰值功率放大电路、后匹配网络和输出电阻。所述的载波功率放大电路包括载波输入匹配网络、载波功率放大器、载波输出基波匹配网络和载波功放补偿线。所述载波输入匹配网络的输入接口接功分器的第一输出端，输出端接载波功率放大器的栅极。所述载波功率放大器的源极接地，漏极接载波输出基波匹配网络的输入端。载波输出基波匹配网络的负载端接载波功放补偿线的第一接线端。

所述的峰值功率放大电路包括峰值输入匹配网络、峰值功率放大器、峰值输出基波匹配网络和峰值功放补偿线。所述峰值输入匹配网络的输入端接功分器的第二输出端，输出端接峰值功率放大器的栅极。所述峰值功率放大器的源极接地，漏极接峰值输出基波匹配网络的输入端。所述峰值输出基波匹配网络的负载端接峰值功放补偿线的第一接线端。