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CN108336975B - 异相功率放大器及其实现输出匹配的方法和装置、功放支路 - Google Patents

异相功率放大器及其实现输出匹配的方法和装置、功放支路 Download PDF

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CN108336975B
CN108336975B CN201810011482.9A CN201810011482A CN108336975B CN 108336975 B CN108336975 B CN 108336975B CN 201810011482 A CN201810011482 A CN 201810011482A CN 108336975 B CN108336975 B CN 108336975B
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Abstract

本申请公开了一种异相功率放大器及其实现输出匹配的方法，包括：根据信号源的信号功率回退量即信号峰均比计算合路器的补偿角；根据计算得到的补偿角，确定功率管的峰值输出功率对应的最佳阻抗Zm1和功率管的均值输出功率对应的最佳阻抗Zm2之间的比值，该比值为驻波比；利用负载牵引方式，由等驻波比圆大小确定功率管的最大功率点阻抗Zopt；以最大功率点阻抗Zopt作为参考点，找出在等驻波比圆上的回退高效率点阻抗Zbk_eff；将最大功率点阻抗Zopt，和回退高效率点阻抗Zbk_eff作为对应的阻抗值分别匹配到合路器的两个输入端。本申请保证了outphasing功率放大器的输出功率最大，实现了功放的高效率工作；而且，降低了设计复杂度。

Description

异相功率放大器及其实现输出匹配的方法和装置、功放支路
技术领域
本申请涉及但不限于功放技术，尤指一种异相(outphasing)功率放大器及其实现输出匹配的方法和装置、功放支路。
背景技术
目前，随着无线通讯市场竞争的日益激烈，基站产品的性能高低已然成为业内竞争的主要焦点。而功率放大器(简称功放)作为基站的重要组成部分，直接关系着基站发射信号的质量和通信效果。而为了在有限的带宽内实现更高速率的数据传输，现代无线通信系统中均使用了复杂的数字调制技术。这些复杂的调制技术再加上多载波配置带来的就是信号峰均比(PAR)的提高。PAR的提高不仅带来线性指标的难度提升，更会带来高效率目标的难以实现。这给现在的功放设计提出了很大的挑战，也就是说，要求功放在克服线性度加大的同时还要实现高的回退效率。
要保证发射机同时具有高效率和高线性，就需要改进现有的发射机结构，使高效率的开关类功放得到应用，并使用线性化技术以保证系统的线性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种异相功率放大器及其实现输出匹配的方法和装置、功放支路，能够降低设计复杂度。
为了达到本发明目的，本发明提供了一种异相功率放大器，包括：信号分离器，两路或两路以上功放支路，以及合路器；其中，每路功放支路包括输入匹配电路、功率管及其输出匹配电路；其中，
信号分离器，设置为将信号源分离成两路异相的恒包络信号，分别输出至两路输入匹配电路；
输入匹配电路，设置为实现信号源输出阻抗与功率管输入阻抗之间的匹配；
功率管，设置为对接收到的信号进行放大；
输出匹配电路，设置为将功率管的峰值输出功率和均值输出功率对应的最佳阻抗分别匹配到合路器的两个输入端；
合路器，设置为将两路功放输出功率合为一路信号后输出。
本申请还提供了一种功率放大器实现输出匹配的方法，包括：
根据功率管的信号源的信号峰均比，确定最大功率点阻抗Zopt和回退高效率点阻抗Zbk_eff；
将确定出的最大功率点阻抗Zopt和回退高效率点阻抗Zbk_eff匹配至合路器。
本申请再提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行上述任一项所述的实现输出匹配的方法。
本申请又提供了一种实现功率放大器实现输出匹配的装置，包括：确定模块、匹配模块；其中，
确定模块，设置为根据功率管的信号源的信号峰均比，确定最大功率点阻抗Zopt和回退高效率点阻抗Zbk_eff；
匹配模块，设置为将确定出的最大功率点阻抗Zopt和回退高效率点阻抗Zbk_eff匹配至合路器。
本申请还提供了一种功放支路，包括：输入匹配电路、功率管及其输出匹配电路；其中，
输入匹配电路，设置为实现信号源输出阻抗与功率管输入阻抗之间的匹配；
功率管，设置为对接收到的信号进行放大；
输出匹配电路，设置为将功率管的峰值输出功率和均值输出功率对应的最佳阻抗分别匹配到合路器的两个输入端。
本申请又提供了一种实现输出匹配的设备，包括处理器、存储器；其中，存储器上存储有可被处理器上运行的计算机程序：根据功率管的信号源的信号峰均比，确定最大功率点阻抗Zopt和回退高效率点阻抗Zbk_eff；将确定出的最大功率点阻抗Zopt和回退高效率点阻抗Zbk_eff匹配至合路器。
本申请技术方案至少包括：信号分离器，用于将信号源分离成两路异相的恒包络信号，分别输出至两路输入匹配电路；输入匹配电路，用于实现信号源输出阻抗与功率管输入阻抗之间的匹配；功率管，用于对接收到的信号进行放大；输出匹配电路，用于将功率管的峰值输出功率和均值输出功率对应的最佳阻抗分别匹配到合路器的两个输入端；合路器，用于将两路功放输出功率合为一路信号后输出。由于匹配到合路器的阻抗满足负载调制所要求的阻抗值，因此，保证了outphasing功率放大器的输出功率最大，实现了功放的高效率工作。而且，由于本申请outphasing功率放大器不需要对基波的2次、3次甚至更高次的谐波幅度和相位进行处理，因此降低了设计复杂度，比如：简化了电路设计复杂、减少了PCB占用面积大，而且也降低了调试难度。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为相关技术中outphasing发射机系统的组成示意图；
图2为相关技术中采用开关功放型的outphasing功率放大器的组成示意图；
图3为本申请outphasing功率放大器的组成示意图；
图4为本申请outphasing功率放大器实现输出匹配的方法的流程图；
图5(a)为本申请中补偿角为23度时，合路器输入端口呈现的电纳B随异相角的变化曲线示意图；
图5(b)为本申请中补偿角为23度时，合路器输入端口呈现的电导G随异相角的变化曲线示意图；
图6为本申请利用负载牵引的方式确定功率管的阻抗点的示意图；
图7为本申请输出匹配电路实现匹配的实施例的示意图；
图8为本申请多路outphasing功率放大器的组成示意图；
图9为本申请outphasing功率放大器的另一实施例的组成示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
新型的高效率发射机结构有异相(outphasing)技术、包络消除与恢复(EER，Envelope Elimination and Restoration)技术、包络跟踪(ET，Envelope Tracking)技术、负载调制(load modulation)和脉冲宽度调制(PWM，Pulse Width Modulation)技术等，其中，outphasing技术通过对信号的分离能够使得高效率的开关类功放得到应用而不影响发射机的线性，因此，outphasing技术已成为高效功放及线性化技术的研究重点之一。
相关技术中，outphasing系统多采用2路或多路功放，其中，2路outphasing放大器由于电路设计相对简单，已成为目前应用的主流。图1为相关技术中outphasing发射机系统的组成示意图，如图1所示，outphasing发射机系统主要包括：信号分离器(SCS，SingalComponet Separator)、高效率功放(PA)和功率合成器(Power Combiner)三部分。SCS将调幅/调相信号分离成两路异相的恒包络信号，两路异相恒包络信号分别经两路高效率outphasing功放放大后，经功率合成器后又恢复成幅度放大后的调幅/调相信号。通常功率合成器需要采用希莱克斯(Chireix)非隔离合路器，这样，当输入信号异相角变化时，2路异相放大器的负载将相互牵引，从而使得功率放大器的负载随异相角的变化分别达到最大功率点和最大效率点以达到提高输出功率和效率的目的。
由上述原理可以得到为了实现系统高效率工作，outphasing功放设计必须能保证功放负载在一定范围内变化仍能保持较高的工作效率。因此，outphasing技术能提升效率的一个关键环节就是要选取一种效率随负载变化不敏感的高效率功率放大器。如E类(Class E)和F类(Class F)开关型功率放大器(SMPA)在outphasing系统中得到了较为广泛的应用。图2为相关技术中采用开关功放型的outphasing功率放大器的组成示意图，如图2所示，开关功放(SMPA)型的outphasing功率放大器主要包括输入匹配电路、功率管、功放输出及谐波控制电路。
虽然outphasing系统中采用的Class E和Class F两种SMPA都可以获得较高的效率和一定的带宽，但是，由于开关功放的固有特性，都不可避免地需要对基波的2次、3次甚至更高次的谐波幅度和相位进行处理，而这种对谐波进行控制会增加相应电路，因此，outphasing系统存在电路设计复杂、印刷电路板(PCB)占用面积大，而且调试困难等缺点。其中，如果采用的是ClassE功放准负载不敏感技术实现，还需要对功率管封装参数有较为深入的了解，而这些参数功率管厂家可能并不一定愿意提供，从而进一步限制了该技术的应用。
图3为本申请outphasing功率放大器的组成示意图，如图3所示，至少包括：信号分离器，两路或两路以上功放支路，以及合路器；其中，每路功放支路包括输入匹配电路、功率管及其输出匹配电路。其中，
信号分离器，用于将信号源分离成两路异相的恒包络信号，分别输出至两路输入匹配电路；
输入匹配电路，用于实现信号源输出阻抗与功率管输入阻抗之间的匹配。
功率管，用于对接收到的信号进行放大；
输出匹配电路，用于将功率管的峰值输出功率和均值输出功率对应的最佳阻抗分别匹配到合路器的两个输入端。
合路器，用于将两路功放输出功率合为一路信号后输出。
本申请提供的outphasing功率放大器中，由于匹配到合路器的阻抗满足负载调制所要求的阻抗值，因此，保证了outphasing功率放大器的输出功率最大，实现了功放的高效率工作。而且，由于本申请outphasing功率放大器不需要对基波的2次、3次甚至更高次的谐波幅度和相位进行处理，因此降低了设计复杂度，比如：简化了电路设计复杂、减少了PCB占用面积大，而且也降低了调试难度。
可选地，合路器可以是Chireix非隔离合路器，合路器的两个输入端分别与两个功率管输出匹配电路相连接，Chireix非隔离合路器的输出端与50欧姆终端负载连接。
可选地，合路器也可以是低阻抗Chireix非隔离合路器。
可选地，在输出匹配电路与功率管之间还连接有谐波调谐电路，和/或，在输出匹配电路与合成器之间还连接有谐波调谐电路。其中，谐波调谐电路用于进一步提高功放效率。
可选地，输出匹配电路具体用于：
根据信号源的信号功率回退量(OPBO)即信号峰均比计算合路器的补偿角；
根据计算得到的补偿角，确定功率管的峰值输出功率对应的最佳阻抗Zm1和功率管的均值输出功率对应的最佳阻抗Zm2之间的比值，该比值为驻波比；
利用负载牵引(Load_Pull)方式，由驻波比得到的等驻波比圆大小确定功率管的最大功率点阻抗Zopt；以最大功率点阻抗Zopt作为参考点，找出在等驻波比圆上的回退高效率点阻抗Zbk_eff；
将最大功率点阻抗Zopt，和回退高效率点阻抗Zbk_eff作为对应的阻抗值分别匹配到合路器的两个输入端。
可选地，可以按照公式(1)计算合路器的补偿角
Figure BDA0001540468390000061
Figure BDA0001540468390000062
可选地，确定驻波比包括：
由于Chireix非隔离合路器可以采用微带电路通过合适的阻抗如公式(3)中的Z0和电长度如公式(2)中的θ实现，电路原理图及电路参数如图4所示，图4中，
Figure BDA0001540468390000071
Figure BDA0001540468390000072
公式(2)和公式(3)通过补偿角
Figure BDA0001540468390000073
将信号峰均比与Chireix非隔离合路器微带阻抗电长度对应起来，通常Zin为50欧姆(Ω)，RL为25Ω，所对应的Chireix非隔离合路器为50Ω。
Chireix非隔离合路器的输入端口呈现的导纳Y、电导G和电纳B可以通过以下公式得到：
Figure BDA0001540468390000074
Figure BDA0001540468390000075
Figure BDA0001540468390000076
由公式(4)和公式(5)可以看出：Chireix非隔离合路器在输入异相角φ变化过程中，两路PA支路面临的负载阻抗始终在变化中，两路PA支路负载只有在补偿角
Figure BDA0001540468390000077
以及补偿角
Figure BDA0001540468390000078
关于45°镜像两点处相同且都为实数，其余时间面临的阻抗均是不相同的。两路PA支路的两个阻抗交叉点为交叉点m1和交叉点m2，交叉点m1和交叉点m2的阻抗由补偿角
Figure BDA0001540468390000079
来确定。假设公式(4)和公式(5)得到的输入端口1的导纳Y1和输入端口2的导纳Y2相等，那么可以得到交叉点m1和交叉点m2的两点阻抗(即交叉点m1的阻抗Zm1和交叉点m2的Zm2)关系，如公式(6)所示：
Figure BDA00015404683900000710
为了保证系统效率，本申请中，交叉点m1的阻抗Zm1对应最大功率点阻抗Zopt，交叉点m2的阻抗Zm2对应功率回退点阻抗Zbk_eff。
在本申请outphasing功率放大器中，两路PA支路有且只有两点负载阻抗相等的情况，因此，本申请中以这两点作为设计的边界条件，只有在同时满足交叉点m1和交叉点m2均为高效率，才能确保outphasing功率放大器实现高效率。公式(6)确定了终端负载的驻波比，从而也确定了对应最大功率点阻抗Zopt与功率回退点阻抗Zbk_eff的驻波比也为
Figure BDA0001540468390000081
为了实现PA高效率的目标，本申请发明人认为：需要PA在全程阻抗变化过程中均能保持高效率的状态。实际应用中，按照信号的PDF分布来看，只需要保证最大功率点和回退功率点间高的瞬时效率就可以保证PA具有高的平均效率。因此，由公式(6)等驻波比圆大小，利用loadpull的方式找出功率管的最大功率点阻抗Zopt，再以最大功率点阻抗Zopt为参考点，搜索即找出在上述等驻波比圆上的回退高效率点阻抗Zbk_eff。再将最大功率点阻抗Zopt，和回退高效率点阻抗Zbk_eff作为对应的阻抗值分别匹配到交叉点m1和交叉点m2两点作为所对应的阻抗值，此时输出匹配电路的传递函数H(s)应同时满足公式(7)和公式(8)的要求：
H(s)＝Zm1/Zopt(s) (7)
H(s)＝Zm2/Zbk_eff(s) (8)
公式(7)和公式(8)中，Zopt(s)与Zbk_eff(s)分别表示随频率变化的Zopt与Zbk_eff特征函数。实际应用中，H(s)可以采用微带电路实现，通常Zm1为系统阻抗如50Ω。
本申请还提供了一种功放支路，包括：输入匹配电路、功率管及其输出匹配电路；其中，
输入匹配电路，设置为实现信号源输出阻抗与功率管输入阻抗之间的匹配；
功率管，设置为对接收到的信号进行放大；
输出匹配电路，设置为将功率管的峰值输出功率和均值输出功率对应的最佳阻抗分别匹配到合路器的两个输入端。
可选地，所述输出匹配电路用于：
根据来自所述功率管的信号源的信号峰均比确定合路器的补偿角；
根据确定出的补偿角，确定功率管的峰值输出功率对应的最佳阻抗Zm1和功率管的均值输出功率对应的最佳阻抗Zm2之间的比值，该比值为驻波比；
利用负载牵引方式，由所述驻波比得到的等驻波比圆大小确定功率管的最大功率点阻抗Zopt；以最大功率点阻抗Zopt作为参考点，找出在等驻波比圆上的回退高效率点阻抗Zbk_eff；
将最大功率点阻抗Zopt，和回退高效率点阻抗Zbk_eff作为对应的阻抗值分别匹配到所述合路器的两个输入端。
本申请还提供一种outphasing功率放大器实现输出匹配的方法的流程图，如图4所示，包括：
步骤400：根据信号源的信号功率回退量(OPBO)即信号峰均比计算合路器的补偿角。
本步骤的具体实现可以参见公式(1)来实现。
步骤401：根据计算得到的补偿角，确定功率管的峰值输出功率对应的最佳阻抗Zm1和功率管的均值输出功率对应的最佳阻抗Zm2之间的比值，该比值为驻波比。
本步骤中驻波比可以参见公式(6)所示。
为了保证系统效率，本申请中，交叉点m1的阻抗Zm1对应最大功率点阻抗Zopt，交叉点m2的阻抗Zm2对应功率回退点阻抗Zbk_eff。
在本申请outphasing功率放大器中，两路PA支路有且只有两点负载阻抗相等的情况，因此，本申请中以这两点作为设计的边界条件，只有在同时满足交叉点m1和交叉点m2均为高效率，才能确保outphasing功率放大器实现高效率。公式(6)确定了终端负载的驻波比，从而也确定了对应最大功率点阻抗Zopt与功率回退点阻抗Zbk_eff的驻波比也为
Figure BDA0001540468390000101
其中，交叉点m1和交叉点m2是图3所示的本申请outphasing功率放大器的两路PA支路的两个阻抗交叉点，交叉点m1和交叉点m2的阻抗由补偿角
Figure BDA0001540468390000102
来确定。
步骤402：利用负载牵引(Load_Pull)方式，由等驻波比圆大小确定功率管的最大功率点阻抗Zopt；以最大功率点阻抗Zopt作为参考点，找出在等驻波比圆上的回退高效率点阻抗Zbk_eff。
为了实现PA高效率的目标，本申请发明人认为：需要PA在全程阻抗变化过程中均能保持高效率的状态。实际应用中，按照信号的概率密度函数(PDF)分布来看，只需要保证最大功率点和回退功率点间高的瞬时效率就可以保证PA具有高的平均效率。因此，由公式(6)等驻波比圆大小，利用Load_Pull的方式找出功率管的最大功率点阻抗Zopt，再以最大功率点阻抗Zopt为参考点，找出在上述等驻波比圆上的回退高效率点阻抗Zbk_eff。再将最大功率点阻抗Zopt，和回退高效率点阻抗Zbk_eff作为对应的阻抗值分别匹配到交叉点m1和交叉点m2两点作为所对应的阻抗值，此时输出匹配电路的传递函数H(s)应同时满足公式(7)和公式(8)的要求。
步骤403：将最大功率点阻抗Zopt，和回退高效率点阻抗Zbk_eff作为对应的阻抗值分别匹配到合路器的两个输入端。
本申请提出的outphasing功率放大器实现输出匹配的方法，由于匹配到合路器的阻抗满足负载调制所要求的阻抗值，因此，保证了outphasing功率放大器的输出功率最大，实现了功放的高效率工作。而且，由于本申请outphasing功率放大器不需要对基波的2次、3次甚至更高次的谐波幅度和相位进行处理，因此降低了设计复杂度，比如：简化了电路设计复杂、减少了PCB占用面积大，而且也降低了调试难度。
下面结合具体实施例对本申请技术方案进行详细描述。
以长期演进(LTE)系统7dB左右的信号源为例，该信号源的峰均比对应补偿角约为23度。如图5(a)和图5(b)所示，相应的电导G和电纳B可以由上面公式得到：
本实施例中，当选取补偿角为23度时，对应的负载阻抗电纳值在23度和67度处被分别补偿到0，也就是说，补偿角在23度和67度处PA的负载为纯实阻状态，利用公式(6)可以得到这两个点交叉点M4和交叉点M7的驻波比关系为5.66。如图5(a)和图5(b)所示，在异相角由0°向90°的变化过程中，如图5(a)和图5(b)中箭头所示的输出功率由大变小，PA的负载阻抗是一个逐渐变大的趋势。为了实现PA高效率的目标，本实施例中的PA在全程阻抗变化过程中均保持高效率的状态。但是，考虑到实际应用中，按照信号的PDF分布来看，只需要保证最大功率点和回退功率点间高的瞬时效率就可以保证PA高的平均效率。因此，由公式(6)得到的比值确定等驻波比圆大小，如图6所示，利用loadpull负载牵引的方式找出功率管的最大功率点阻抗Zopt，并以最大功率点阻抗Zopt为参考点，找出在上述等驻波比圆上的回退高效率点阻抗Zbk_eff。最后，再由图3中的输出匹配电路分别将最大功率点阻抗Zopt和回退高效率点阻抗Zbk_eff匹配到图5(b)中交叉点M4和交叉点M7两点作为所对应的阻抗值。
图7为本申请输出匹配电路实现匹配的实施例的示意图，如图7所示，以型号为CREE CGH40045的功率管为例，假设信号峰均比为7dB，由上文分析可以得到：理论上功率管的最大功率点阻抗和回退高效率点阻抗对应的驻波比为5.66。但是，考虑到实际实现中器件的非理想性，为了保证阻抗变化范围可以适当提高驻波比比值如提高10％左右，这样，实际的阻抗变换比即驻波比为6.3。
为了测量方便，本实施例中假设最大功率点对应的端接负载阻抗ZL为50Ω，那么，按照公式(6)，回退高效率点对应的负载阻抗ZL’则为315Ω。将50Ω匹配到功率管最大功率点，将315Ω匹配到回退高效率点，相关阻抗关系如表1所示：
Figure BDA0001540468390000111
Figure BDA0001540468390000121
表1
接下来，如图6所示，首先，根据功率等高线和效率等高线，选择一个满足目标饱和功率且效率也相对较高的阻抗点作为最大功率点阻抗Zopt；然后，以最大功率点阻抗Zopt为参考点，在驻波比6.3的圆上找到一个回退功率达到目标7dB且效率较高的点作为回退高效率点阻抗Zbk_eff；最后，利用ADS等相关电路仿真工具将最大功率点阻抗Zopt和回退高效率点阻抗Zbk_eff通过输出匹配电路分别匹配到50Ω和315Ω。
从上本申请提供的实现输出匹配网络的方法可以看出：当功放负载在1:6.3的驻波比范围变化时，功放仍然保持了较高的效率。
可选地，本申请中的合路器也可以是低阻抗Chireix非隔离合路器，如特性阻抗为7.93Ω的低阻Chireix非隔离合路器。这种情况下，功率阻抗点输出匹配电路的阻抗对应关系如表2所示：
Figure BDA0001540468390000122
表2
可选地，本申请还可以用于多路outphasing系统中，如图8所示，示出了4路outphasing功率放大器的组成架构。
可选地，图9为本申请outphasing功率放大器的另一实施例的组成示意图，如图9所示，本实施例中，在功率阻抗点匹配网络即输出匹配电路的前后均增加谐波调谐电路，以达到进一步提高功放效率。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行上述任一项所述的实现输出匹配的方法。
本发明实施例还提供一种实现媒体传输的设备，包括处理器、存储器；其中，存储器上存储有可被处理器上运行的计算机程序：根据信号源的信号功率回退量(OPBO)即信号峰均比计算合路器的补偿角；根据计算得到的补偿角，确定功率管的峰值输出功率对应的最佳阻抗Zm1和功率管的均值输出功率对应的最佳阻抗Zm2之间的比值，该比值为驻波比；利用负载牵引(Load_Pull)方式，由等驻波比圆大小确定功率管的最大功率点阻抗Zopt；以最大功率点阻抗Zopt作为参考点，找出在等驻波比圆上的回退高效率点阻抗Zbk_eff；将最大功率点阻抗Zopt，和回退高效率点阻抗Zbk_eff作为对应的阻抗值分别匹配到合路器的两个输入端。
以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种异相功率放大器，其特征在于，包括：信号分离器，两路或两路以上功放支路，以及合路器；其中，每路功放支路包括输入匹配电路、功率管及其输出匹配电路；其中，
信号分离器，设置为将信号源分离成两路异相的恒包络信号，分别输出至两路输入匹配电路；
输入匹配电路，设置为实现信号源输出阻抗与功率管输入阻抗之间的匹配；
功率管，设置为对接收到的信号进行放大；
输出匹配电路，设置为将功率管的峰值输出功率和均值输出功率对应的最佳阻抗分别匹配到合路器的一个输入端；
合路器，设置为将两路功放输出功率合为一路信号后输出；
其中，所述输出匹配电路用于：
根据来自所述功率管的信号源的信号峰均比确定合路器的补偿角；
根据确定出的补偿角，确定功率管的峰值输出功率对应的最佳阻抗Zm1和功率管的均值输出功率对应的最佳阻抗Zm2之间的比值，该比值为驻波比；
利用负载牵引方式，由所述驻波比得到的等驻波比圆大小确定功率管的最大功率点阻抗Zopt；以最大功率点阻抗Zopt作为参考点，找出在等驻波比圆上的回退高效率点阻抗Zbk_eff；
将最大功率点阻抗Zopt，和回退高效率点阻抗Zbk_eff作为对应的阻抗值分别匹配到所述合路器的输入端。
2.根据权利要求1所述的异相功率放大器，其特征在于，
所述输出匹配电路与所述功率管之间还连接有谐波调谐电路；
和/或，所述输出匹配电路与所述合路器之间还连接有谐波调谐电路。
3.根据权利要求1或2所述的异相功率放大器，其特征在于，所述合路器为希莱克斯Chireix非隔离合路器；或者，所述合路器为低阻抗Chireix非隔离合路器。
4.一种功率放大器实现输出匹配的方法，其特征在于，包括：
根据功率管的信号源的信号峰均比，确定最大功率点阻抗Zopt和回退高效率点阻抗Zbk_eff；
将确定出的最大功率点阻抗Zopt和回退高效率点阻抗Zbk_eff匹配至合路器；
其中，所述根据功率管的信号源的信号峰均比，确定最大功率点阻抗Zopt和回退高效率点阻抗Zbk_eff包括：
根据来自所述功率管的信号源的信号峰均比确定所述合路器的补偿角；
根据确定出的补偿角，确定功率管的峰值输出功率对应的最佳阻抗Zm1和功率管的均值输出功率对应的最佳阻抗Zm2之间的比值，该比值为驻波比；
利用负载牵引方式，由所述驻波比得到的等驻波比圆大小确定功率管的最大功率点阻抗Zopt；以最大功率点阻抗Zopt作为参考点，搜索在等驻波比圆上的回退高效率点阻抗Zbk_eff。
5.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行上述权利要求4所述的实现输出匹配的方法。
6.一种实现功率放大器实现输出匹配的装置，其特征在于，包括：确定模块、匹配模块；其中，
确定模块，设置为根据功率管的信号源的信号峰均比，确定最大功率点阻抗Zopt和回退高效率点阻抗Zbk_eff；
匹配模块，设置为将确定出的最大功率点阻抗Zopt和回退高效率点阻抗Zbk_eff匹配至合路器；
其中，所述确定模块设置为：
根据来自所述功率管的信号源的信号峰均比确定所述合路器的补偿角；
根据确定出的补偿角，确定功率管的峰值输出功率对应的最佳阻抗Zm1和功率管的均值输出功率对应的最佳阻抗Zm2之间的比值，该比值为驻波比；
利用负载牵引方式，由所述驻波比得到的等驻波比圆大小确定功率管的最大功率点阻抗Zopt；以最大功率点阻抗Zopt作为参考点，搜索在等驻波比圆上的回退高效率点阻抗Zbk_eff。
7.一种功放支路，其特征在于，包括：输入匹配电路、功率管及其输出匹配电路；其中，
输入匹配电路，设置为实现信号源输出阻抗与功率管输入阻抗之间的匹配；
功率管，设置为对接收到的信号进行放大；
输出匹配电路，设置为将功率管的峰值输出功率和均值输出功率对应的最佳阻抗分别匹配到合路器的一个输入端；
其中，所述输出匹配电路用于：
根据来自所述功率管的信号源的信号峰均比确定合路器的补偿角；
根据确定出的补偿角，确定功率管的峰值输出功率对应的最佳阻抗Zm1和功率管的均值输出功率对应的最佳阻抗Zm2之间的比值，该比值为驻波比；
利用负载牵引方式，由所述驻波比得到的等驻波比圆大小确定功率管的最大功率点阻抗Zopt；以最大功率点阻抗Zopt作为参考点，找出在等驻波比圆上的回退高效率点阻抗Zbk_eff；
将最大功率点阻抗Zopt，和回退高效率点阻抗Zbk_eff作为对应的阻抗值分别匹配到所述合路器的输入端。
8.一种实现输出匹配的设备，包括处理器、存储器；其中，存储器上存储有可被处理器上运行的计算机程序：根据功率管的信号源的信号峰均比，确定最大功率点阻抗Zopt和回退高效率点阻抗Zbk_eff；将确定出的最大功率点阻抗Zopt和回退高效率点阻抗Zbk_eff匹配至合路器；
其中，所述根据功率管的信号源的信号峰均比，确定最大功率点阻抗Zopt和回退高效率点阻抗Zbk_eff包括：
根据来自所述功率管的信号源的信号峰均比确定所述合路器的补偿角；
根据确定出的补偿角，确定功率管的峰值输出功率对应的最佳阻抗Zm1和功率管的均值输出功率对应的最佳阻抗Zm2之间的比值，该比值为驻波比；
利用负载牵引方式，由所述驻波比得到的等驻波比圆大小确定功率管的最大功率点阻抗Zopt；以最大功率点阻抗Zopt作为参考点，搜索在等驻波比圆上的回退高效率点阻抗Zbk_eff。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108336975B (zh) * 2018-01-05 2022-02-22 中兴通讯股份有限公司 异相功率放大器及其实现输出匹配的方法和装置、功放支路
WO2020047853A1 (zh) 2018-09-07 2020-03-12 华为技术有限公司 信号处理方法及系统
CN110011623A (zh) * 2019-03-28 2019-07-12 杭州电子科技大学温州研究院有限公司 一种双频带射频异向功率放大器
CN116157997A (zh) 2020-07-31 2023-05-23 麻省理工学院 射频功率发生器和控制方法
CN112636707B (zh) * 2020-12-28 2024-02-09 杭州电子科技大学 一种宽带异相功率放大器及其设计方法
CN119921863A (zh) * 2023-10-31 2025-05-02 华为技术有限公司 一种射频信号处理系统及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120062322A1 (en) * 2010-09-09 2012-03-15 Mks Instruments, Inc. Power Amplifier With Transistor Input Mismatching
EP2710732A1 (en) * 2011-05-02 2014-03-26 Rfaxis, Inc. Power amplifier with co-existence filter
CN104378074A (zh) * 2013-08-14 2015-02-25 恩智浦有限公司 用于e类异相功率放大器的组合电路
CN106357223A (zh) * 2015-07-17 2017-01-25 中兴通讯股份有限公司 功放电路及其负载阻抗调制方法
CN107528554A (zh) * 2016-06-17 2017-12-29 英飞凌科技美国公司 紧凑的希莱克合并器和阻抗匹配电路

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2529038B2 (ja) * 1991-07-19 1996-08-28 株式会社日立製作所 高周波高効率電力増幅器
JP2008135829A (ja) * 2006-11-27 2008-06-12 Japan Radio Co Ltd 電力増幅回路
US9141832B2 (en) 2010-02-03 2015-09-22 Massachusetts Institute Of Technology Multiway lossless power combining and outphasing incorporating transmission lines
US8203386B2 (en) 2010-05-04 2012-06-19 Nxp B.V. Reconfigurable outphasing Chireix amplifiers and methods
JP6236934B2 (ja) * 2013-07-02 2017-11-29 富士通株式会社 増幅装置
JP2015080080A (ja) 2013-10-16 2015-04-23 富士通株式会社 増幅装置、及び、通信装置
CN104716913B (zh) * 2015-04-07 2018-07-27 清华大学 负载调制功率放大器
CN106257827B (zh) * 2015-06-17 2020-08-18 南京中兴新软件有限责任公司 对称多赫蒂Doherty功放电路装置及功率放大器
CN106374863B (zh) * 2016-10-12 2019-01-01 杭州电子科技大学 一种提高功率回退动态范围的Doherty功率放大器及其实现方法
CN107332519A (zh) * 2017-07-07 2017-11-07 杭州电子科技大学 一种基于改进型输出合路器的宽带Doherty功率放大器及其实现方法
CN108336975B (zh) * 2018-01-05 2022-02-22 中兴通讯股份有限公司 异相功率放大器及其实现输出匹配的方法和装置、功放支路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120062322A1 (en) * 2010-09-09 2012-03-15 Mks Instruments, Inc. Power Amplifier With Transistor Input Mismatching
EP2710732A1 (en) * 2011-05-02 2014-03-26 Rfaxis, Inc. Power amplifier with co-existence filter
CN104378074A (zh) * 2013-08-14 2015-02-25 恩智浦有限公司 用于e类异相功率放大器的组合电路
CN106357223A (zh) * 2015-07-17 2017-01-25 中兴通讯股份有限公司 功放电路及其负载阻抗调制方法
CN107528554A (zh) * 2016-06-17 2017-12-29 英飞凌科技美国公司 紧凑的希莱克合并器和阻抗匹配电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"无线通信基站中的功率放大器研究";倪涛;《中国博士学位论文电子期刊网》;20100915;第27-30页，39-55页 *

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