[发明专利]一种基于左右手复合线结构的双频Doherty功率放大器及其设计方法

说明书

本发明公开了一种基于左右手复合线结构的双频Doherty功率放大器，包括双频功分器、载波功率放大模块、峰值功率放大模块和合路阻抗匹配网络，利用左右手复合线理论构建了双频功分器和双频阻抗逆变器。其中双频功分器实现任意两个频段的功率分配，同时能在只使用一级威尔金森功分器结构的同时，扩大两个工作频段的带宽；利用左右手传输线理论的阻抗逆变器能够不在改变整体结构的基础上任意选择工作的两个频段，同时两个工作频段的带宽都能够得到一定的扩展。

技术领域

本发明属于微波射频通信领域，具体是一种射频功率放大器，尤其涉及一种基于左右手复合线结构的双频Doherty功率放大器。

背景技术

射频功率放大器是射频通信前端的关键组件，5G通信具有调制复杂、大带宽和信号峰均比高的特点，对功率放大器的带宽和效率提出了更高要求。采用负载调制技术的Doherty功放具有回退效率高和线性度好的优良特性。通过研究并发双频阻抗逆变器，代替Doherty功放中限制工作带宽的1/4波长线，达到拓展带宽的目的。由于占用空间少、功耗低等优点，多频带射频功率放大器在近年来受到广泛关注。最早期的多频放大器主要通过安装多个不同频段的放大器并使用单刀多掷开关或使用一个专门设计的宽带负载网络覆盖整个频段来实现。随着器件的小型化、成本降低，前者高额的成本、过大的尺寸和较低的工作效率越来越难以满足相关产业的要求；而后者想要在一个宽带范围内获得高效率相当困难。

针对目前技术中存在的困难，有必要进行研究，来实现一种简单的双频结构来代替传统1/4波长线，并在此基础上提出一种在保证回退效率情况下的双频Doherty功率放大器，并且使其能在5G频段下进行工作。

发明内容

为了克服现有技术中存在的技术缺陷，本发明提出了一种基于左右手复合线结构的双频Doherty功率放大器及其设计方法，采用同样应用左右手复合传输线结构的双频功分器，T型微带结构和串联微带线构成的双频输入输出匹配网络，多级阶跃微带线串联的合路输出匹配网络扩展带宽，复合左右手传输线结构组成的双频阻抗逆变器实现在5G工作频段内能够保证回退效率和足够的饱和效率。

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于左右手复合线结构的双频Doherty功率放大器，包括双频功分器、载波功率放大模块、峰值功率放大模块、双频阻抗逆变器、合路输出匹配网络。

所述双频功分器，输入端与射频信号输出端连接，输出端分别与载波功率放大模块和峰值功率放大器模块输入端连接。

所述载波功率放大器模块包括载波输入匹配/偏置网络、载波功率放大器、载波输出匹配/偏置网络和双频阻抗逆变器。

所述峰值功率放大器模块包括峰值功放相位补偿线、峰值输入匹配/偏置网络、峰值功率放大器和峰值输出匹配/偏置网络。

所述合路输出匹配网络包括三节阶跃式阻抗匹配微带线。

作为优选的技术方案，所述双频功分器由微带由TL1～TL15,弧形微带线Curve1～Curve4，电容C1～C6,电阻R1组成，其中微带线TL1一端作为端口1，另外一段与TL2、TL3的一端连接。微带线TL14、TL15一端作为端口2和端口3，另一端分别与TL12、TL13的一端相连。微带线TL2、弧形微带线Curve1、微带线TL5、电容C1、C2、C3、微带线TL10、弧形微带线Curve3、TL12依次串联构成功分器的一路，微带线TL3、弧形微带线Curve2、微带线TL14、电容C4、C5、C6、微带线TL11、弧形微带线Curve4、TL13依次串联构成功分器的另一路。电容C1和C2之间，C2和C3之间分别加载短路支节微带线TL6、TL7构成左右手复合线结构，电容C4和C5之间，C5和C6之间分别加载短路支节微带线TL8、TL9构成左右手复合线结构。微带线TL12、TL13中间串联电阻R1以平衡电流，构成基于左右手复合线的双频Wilkinson功分器，工作频段为3.3～3.6GHz，4.8～5.0GHz；公分比为1：1。