[发明专利]一种大带宽紧凑型的Doherty 功率放大器结构

说明书

一种大带宽紧凑型的Doherty放大器结构，主要包括两个部分，主功率放大器分支和峰值放大器分支。其中，在主功率放大器的分支有主功放输入匹配网络、主功率放大器和主功放输出匹配网络；峰值放大器分支有峰值功放输入匹配网络、峰值功率放大器和峰值功放输出匹配网络。另外，两条放大器之路的输入端是一个功分器，输出端是负载；该结构通过采用无传输线负载调制结构，完全去除Doherty架构中的阻抗传输线和偏移线，解决了Doherty放大器的带宽限制。放大器的工作带宽完全由阻抗匹配网络定义，并且使放大器的结构更为紧凑，降低了输出损耗，提升了放大器的带宽范围和效率。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是大带宽范围和紧凑型Doherty功率放大器的设计制造，提升在功率回退6dB情况下的漏极效率，从而提高Doherty功率放大器的性能。

背景技术

射频功率放大器是发射系统中最重要的模块之一，己广泛应用于卫星、广播电子对抗等统中。随着无线通讯技术的日臻完善，第五代通讯技术将问世，也对通讯系统中的功率放大器有了更高层次的要求。

由于需要高容量的数据传输，导致采用频谱高效调制方案。这些信号具有很高的峰均功率比(PAPR)。功率放大器（PA）具有高的PAPR信号，必须在一定的输出功率回退下工作，以满足线性要求。在输出功率回退中工作，导致PA的效率急剧下降。目前提高射频功率放大器效率的技术主要有LINC技术、包络消除与恢复技术、Doherty技术和包络跟踪技术等。对比之下，Doherty结构有着更为简易的额外电路，可使设计成本降低，且具有更高的工作效率。它的工作原理是基于负载牵引调制技术。图1为传统Doherty放大器的框图。它由一个主功率放大器和一个辅助功率放大器组成。主功率放大器叫做载波放大器，辅助功率放大器称为调峰放大器。主功率放大器一般是B类功率放大器，而辅助功率放大器通常是C类功率放大器。主功率放大器输出端连接有1/4波长的传输线。为了补偿柱放大器输出端传输线引起的90°相移，辅助功率放大器的输入端同样连接了一段1/4波长的传输线。两个放大器中的晶体管都作为受控电流源工作。当输入功率较高时，主功率放大器饱和，电压增益降低。此时，辅助功率放大器工作。因此，当高功率输入下整个系统的线性化得到提升，并且在功率回退的情况下，系统能够保持高的效率。

Doherty放大器的一个限制是其工作带宽。四分之一波长传输线器和偏置线的存在限制了Doherty放大器的工作带宽。在Doherty放大器的设计中，另一个限制因素是功率回退时辅助放大器输出所需的准开路阻抗。在调峰晶体管的输出端有适当的负载阻抗时，在大带宽下不可能有高的输出阻抗。调峰晶体管应该能够提供足够的输出功率，为主放大器提供适当的负载调制。在传统的Doherty放大器中，分别在主功率放大器和辅助功率放大器的通路中增加了输出阻抗传输线，还在整体输出的通路上增加了偏移线,如图1所示。在功率放大器结构中的传输线和偏移线限制了所设计的功率放大器的带宽。本专利针对此问题，提出了一种无传输线负载调制结构的Doherty放大器，降低了系统的复杂度，提升了带宽范围。

负载牵引测量的概念最初是在射频/微波功率放大器、特别是非线性功率放大器的设计 遇到问题而提出来的。因为在这些设计中,人们十分关心的是功率器件的阻抗参数和器件的抗失配能力,而这是常用测量方法无法解决的。负载牵引方法可以通过不断调节输入和输出端的阻抗，找到让有源器件输出功率最大的输入、输出匹配阻抗。同理也可以得到让功率管效率最高的匹配阻抗。这种方法可以准确地测量出器件在大信号条件下的最优性能，反映出器件输入、输出阻抗随频率和输入功率变化的特性，为器件和电路的设计优化提供了坚实的基础。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种大带宽紧凑型的Doherty放大器结构，通过采用无传输线负载调制结构，完全去除Doherty架构中的阻抗传输线和偏移线，解决了Doherty放大器的带宽限制。放大器的工作带宽完全由阻抗匹配网络定义，并且使放大器的结构更为紧凑，降低了输出损耗，提升了放大器的带宽范围和效率。