[发明专利]一种基于谐波阻抗匹配的线性高效多合体功率放大器

说明书

一种基于谐波阻抗匹配的线性高效多合体功率放大器，在传统Doherty功放结构的基础上，通过利用简单的电路结构来匹配其子功放的输入/出基波电阻和谐波电阻，提高子功放的效率；并首次通过匹配峰值功放的输入/出基波阻抗、二次谐波阻抗以及三次谐波阻抗，提高峰值功放的饱和输出功率以及饱和输出电流，从而使得Doherty功率放大器具有更优的负载调制；最后通过将载波功放偏置在AB类，保证Doherty功放在低功率区域的线性度，同时选择合适的峰值功放栅极偏置电压，利用载波功放和峰值功放相互影响的作用，最终保证了Doherty功放在高功率区域的线性度。

技术领域

本发明属于射频功率放大器领域，具体涉及一种适用于5G通信系统的线性高效对称型多合体（Doherty）功率放大器。

背景技术

近年来，无线通信技术的迅速发展极大地推动了例如长期演进（Long TermEvolution, LTE）和全球微波互联接入（Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess, WiMax）等调制信号的部署，这些信号一方面具有大容量信息传输能力，另一方面具有很高的峰值平均功率比（Peak to Average Power Ratio, PAPR），可达6-12dB。而传统的A类或者AB类功率放大器输出功率达到饱和时，漏极效率也达到最大值，功率回退6dB甚至更多时，功率放大器漏极效率大幅度降低，大部分都转化为热能散失，不仅造成能量的浪费，而且对整个通信系统的散热带来极大的负担，影响系统的性能，所以传统A类或者AB类功率放大器已经无法满足现代通信系统的要求。

为了提高功率放大器在输出功率回退区内的效率，相关研究人员做了大量的工作，比如包络跟踪（Envelope Tracking，ET）技术[1]-[6]、非线性元件实现线性放大（Linear Amplification with Nonlinear Components，LINC）技术[7]-[12]和Doherty 功率放大器技术[13]-[22]等，其中包络跟踪和非线性元件实现线性放大这两种技术需要额外的包络检波器、信号调制器等电路，成本以及设计难度都比较大，而Doherty功率放大器结构简单、成本较低，被学术界和工业界认为是提高功率放大器在输出功率回退区域内效率的最有前景的方式，在即将到来的第五代通信技术（5G）中，Doherty功率放大器有望成为最有价值的功放类型。

对于功率放大器来说，其效率一直是研究者所关注并极力提升的指标，而国内外研究人员也在不断探索提升Doherty功率放大器的峰值效率以及回退效率的技术，他们将高阶谐波控制的功放作为载波和峰值功率放大器，进一步提升Doherty功率放大器的效率，通常是将载波功放和峰值功放设计为F类或者F^-1类来提升Doherty功放的回退效率和峰值效率[23]-[25]。但F类/F^-1类功放设计复杂，线性度不高，严重影响Doherty功放在低功率区域的线性度；另外，Doherty功放结构中峰值功放偏置在C类，其固有缺点为饱和输出电流低，增益小，因此大多数高效Doherty功放的负载调制较差，最终导致Doherty功放性能不能达到最优。

综上所述，要想进一步提高Doherty功放的效率和线性度，就必须采用新型的线性高效子功放（即构成Doherty功放的峰值/载波功放）进行Doherty功放的设计，其中新型峰值功放和载波功放要求具有一致的饱和输出功率和饱和输出电流。

参考文献

[1] Kim J., Kim D., Cho Y., et al. Highly efficient RF transmitter overbroad average power range using multilevel envelope-tracking power amplifier[J]. IEEE Transactions on Circuits and Systems I, 2015, 62(6):1648–1657.