[发明专利]基于低Q输出网络的宽带集成Doherty功率放大器

说明书

本发明公开一种基于低Q输出网络的宽带集成Doherty功率放大器，其辅功放的饱和功率是主功放的n倍，n≥1，辅功放的最佳负载阻抗是主功放的1/n；主功放输出匹配网络为第一低通型等效λ/4线，其特性阻抗为主功放最佳负载阻抗的倍；辅功放输出匹配网络由第二低通型等效λ/4线和高通型等效λ/4线串联组成，其中第二低通型等效λ/4线的特性阻抗与辅功放最佳负载阻抗相等，高通型等效λ/4线的特性阻抗为辅功放最佳负载阻抗的倍。本发明的低Q输出网络使Doherty功率放大器在回退区的阻抗变换比降低，因此带宽显著改善；又，饱和区的阻抗变换比与回退区相同，因此不会对整体带宽构成限制。带宽的改善同时有助于减小移动终端、基站等通信设备的尺寸和成本。

技术领域

本发明属于微波功率放大器技术领域，尤其是一种基于低Q输出网络的宽带集成Doherty功率放大器。

背景技术

为了提高频谱效率，现代通信信号往往使用OFDM等复杂的调制方式，这带来了高峰均比(PAPR)的问题。高PAPR给射频功率放大器(以下简称功放)的设计带来了困难，尤其是对功放的效率指标带来了不利的影响。传统的AB类线性功率放大器在饱和功率附近有较高的效率，而当输出功率降低时，其效率急剧下降。由于在高PAPR下功率放大器大部分时间工作在回退功率区，AB类功率放大器的平均效率远远低于其饱和效率。为了提高回退效率，目前发展出了Doherty、包络跟踪、Outphasing等多种技术，其中Doherty技术具有结构简单、性能优异的优势，应用最为广泛。

Doherty功率放大器基于负载调制原理，为了实现合理的负载调制，其输出网络引入了四分之一波长(λ/4)阻抗变换线，这意味着Doherty功率放大器存在固有的带宽限制。Massive MIMO基站、手机终端等应用场景对功率放大器模块的尺寸有严格的要求，Doherty功率放大器需要进行集成化设计。为了减小芯片尺寸，集成Doherty功率放大器中的λ/4线一般用集总参数网络等效实现，这会导致Doherty功放的带宽特性进一步恶化。图1所示是一种传统集成Doherty功放的输出网络，可参见申请号为CN201810385233.6、名称为“一种紧凑型集成多赫蒂放大器”的专利申请，其中R_opt为主功放及辅功放的最佳负载阻抗，C_out为主功放及辅功放的输出电容。输出网络中的电感和主辅功放的输出电容构成了特性阻抗为R_opt的集总参数等效λ/4线，其合路点阻抗Z_dpa为R_opt/2。从图1可以看出，Doherty功放在饱和区(SAT)的阻抗变换比为1，但是在回退区(PBO)的阻抗变换比达到了4。上述为对称Doherty功放，对于非对称Doherty功放，假设辅功放和主功放的饱和功率比值为n(n＞1)，阻抗变换比更是高达(n+1)²，高阻抗变换比严重限制了整体带宽。

随着通信技术的不断发展，通信频段越来越多，单个功率放大器支持多个频段可以大大减小通信系统的尺寸和成本，因此拓展集成Doherty功率放大器的带宽有很重要的意义。

发明内容

针对传统集成Doherty功率放大器存在的带宽限制问题，本发明提出了一种基于低Q输出网络的宽带集成Doherty功率放大器，有助于减小通信系统的尺寸和成本。