[发明专利]一种三频Doherty功放输出匹配网络优化方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，提供一种三频Doherty功放输出匹配网络优化方法，采用多个等反射系数圆约束负载阻抗区域，根据Doherty功放输出匹配网络特性约束相位，选取三个频点目标负载阻抗区域以及目标相位作为优化目标，对三频Doherty功放输出匹配网络进行优化设计。本发明在充分利用目标负载阻抗区域的同时对相位进行了约束，可以更有效地利用负载牵引技术所得的结果，可以有效提高Doherty功放输出匹配网络的优化效率和成功率，降低优化设计难度。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种三频Doherty功放输出匹配网络优化方法。

背景技术

随着无线通信系统的发展，新标准和新频段的出现，对多频段无线发射和接收机产生了强烈的需求。在下一代无线通信系统5G中，这一需求更加强烈，因为不仅要覆盖现有的4G频段，还要覆盖很多新频段，如3.3到4.2GHz的N77频段和4.4到5GHz的N79频段。功率放大器作为无线发射机中功耗最大的器件之一，在多频工作中面临着严峻的挑战。为了适应高峰均比信号和保持较高的平均功率，Doherty功率放大器(简称Doherty功放)以其低负载度和高可靠性成为无线基站中应用最广泛的功放之一。然而通信新标准和新频段的出现，使得工作频率的间隔越来越大，传统的Doherty功放已经无法覆盖整个工作频段。为了以低成本和绿色实现工作带宽的覆盖，迫切需要能够支持多频段的具有较宽带宽的Doherty功放。

在传统Doherty功放中，一般采用多频技术设计功分器、相位补偿线、主/辅路输入匹配网络、主/辅路输出匹配网络、四分之一波长阻抗变换器等功能部件来实现多频段工作，如图1所示。现有IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques文章Design and Linearization of Concurrent Dual-Band Doherty Power Amplifier WithFrequency-Dependent Power Ranges，基于双频T形网络和耦合线路网络，设计了Doherty功放拓扑中所需的不同双频组件，包括3dB支线耦合器、偏置线和四分之一波长阻抗变换器等，实现了0.88和1.96GHz双频Doherty功放。但是上述方法设计复杂，每个频段的带宽受到双频/多频阻抗变换器谐振特性的限制，工作带宽仅为几十MHz，难以满足未来带宽达到100MHz及以上的多频宽带调制信号高效率放大的需求。现有IEEE Transactions onMicrowave Theory and Techniques文章Design of Concurrent Multiband DohertyPower Amplifiers for Wireless Applications，提出一种多频段阻抗变换网络，克服了T形或π形结构的双频段阻抗变换网络的带宽限制，实现了多频工作特性。但是，上述方法在主/辅路输出匹配网络设计时只是通过特定长度的相位补偿线实现了多频特性。设计过程中并未对Doherty所需的阻抗匹配要求进行约束，造成了功率回退状态下效率的降低。

针对上述问题，本发明对三频Doherty功放输出匹配网络设计方法进行了改进，所设计的三频Doherty功放输出合路网络结构如图2所示。对于功分器、相位补偿线、主/辅路输入匹配网络等组成部件，根据本领域技术人员熟知的公知常识按照覆盖所需频段的宽带特性进行设计。对于本发明改进的三频Doherty功放输出匹配网络优化方法，首先，通过负载牵引技术获取3个频点的等功率圆和等效率圆，由等反系数圆得到3个频点的目标负载阻抗区域；其次，确定3个频点主路和辅路阻抗变换器的相位，根据功放管封装模型的相位，计算Doherty功放主路和辅路输出匹配网络的相位约束条件；然后，由所得的目标负载阻抗区域和相位约束条件计算主路和辅路输出匹配网络优化目标函数，进行优化设计；最后，得到最佳的三频Doherty功放主路和辅路输出匹配网络。本发明对于实现Doherty功放三频工作和拓展工作带宽这两方面都具有十分重要的研究价值和意义。

发明内容