CN111404490A - 一种混合连续类Doherty功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合连续类Doherty功率放大器，包括用于将一路射频信号分成多路的等分功分器、将双阻抗匹配网络作为输出匹配网络的载波功放模块，在功率回退区内对载波功放进行负载调制峰值功放模块以及双阻抗匹配网络和后匹配网络，本发明针对传统Dohety功率放大器的带宽限制因素，利用双阻抗匹配网络和后匹配网络来拓展带宽，并使载波功放工作在混合连续F类工作状态，最后基于此理论设计加工了一款改进的宽带Doherty功放。
Description
技术领域
本发明涉及放大器领域，具体是一种混合连续类Doherty功率放大器。
背景技术
典型的高效功率放大器有两种，分别为B类功率放大器和F类功率放大器。B类放大器是通过减小放大器的导通角来提高效率，而F类功率放大器则是在B类的基础上，进一步控制谐波，使放大器自身的电压电流波形在一个时钟周期上相互交错开，从而减小放大管的损耗来提高效率。2017年来自华中科技大学的Qinghua Tang整合了混合连续F与逆F类功率放大器，最终设计出一款跨倍频程的功率放大器。
在功率回退的时候也能保持较高效率的Doherty功放(DPA)是另一个研究热点。传统的Doherty功放受四分之一波长微带传输线、输入功率的分配、输出功率的合成等影响，其工作带宽一直很窄。2016年，来自中国电子科技大学的Jingzhou Pang利用后匹配网络和低阶阻抗变换网络来取代传统的匹配网络，使Doherty功放的工作频带变宽。
目前传统的设计方法只能在达到高效的同时牺牲带宽，为了减小传统Doherty功放的工作带宽限制，针对此，提出改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合连续类Doherty功率放大器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种混合连续类Doherty功率放大器，包括用于将一路射频信号分成多路的等分功分器、将双阻抗匹配网络作为输出匹配网络的载波功放模块、在功率回退区内对载波功放模块进行负载调制的峰值功放模块以及双阻抗匹配网络和后匹配网络，所述等分功分器的输出端分为两路分别与载波功放模块和峰值功放模块输入端连接；所述载波功放模块由相位补偿线、载波输入匹配网、载波放大器和载波输出匹配网络依次串联连接组成；所述峰值功放模块包括峰值补偿线、峰值输入匹配网络、峰值放大器和峰值输出匹配网络，峰值输入匹配网络、峰值放大器和峰值输出匹配网络以及峰值补偿线依次串联连接；载波功放模块和峰值功放模块的输出端与后匹配网络的输入端连接，后匹配网络的输出端作为射频输出端。
优选地，所述载波放大器采用载波晶体管，峰值功放模块采用峰值晶体管。
优选地，所述载波功放模块弃用四分之一波长传输线，将双阻抗匹配网络作为载波功放的输出匹配网络。
优选地，所述峰值功放模块利用负载牵引和源牵引技术，分别将饱和功率点处的最佳输入和输出阻抗匹配到50Ω和40Ω。与载波功放相比，峰值功放的输出匹配端增加了一段特征阻抗为40Ω的相位调节线，其作用是为了使合路点向峰值功放看去的阻抗无穷大。
优选地，四分之一波长传输线被双阻抗匹配网络和后匹配网络取代，以此减小其对功放带宽的限制。后匹配电路主要采用了阶跃阻抗变换结构，使载波功放和峰值功放在合路点处的输出阻抗匹配到50Ω。
优选地，将双阻抗匹配网络作为载波功放的输出匹配网络。
优选地，利用负载牵引和源牵引技术，分别将饱和功率点处的最佳输入和输出阻抗匹配到50Ω和40Ω。峰值功放的输出匹配端增加了一段特征阻抗为40Ω的相位调节线。
优选地，所述的后匹配网络的四分之一波长传输线被双阻抗匹配网络和后匹配网络取代，以此减小其对功放带宽的限制。本节的后匹配电路主要采用了阶跃阻抗变换结构，使载波功放和峰值功放在合路点处的输出阻抗匹配到50Ω。
优选地，载波功放的输入端新增了一输入端段50Ω的相位补偿线，通过调节补偿线的长度，使两路输出信号的相位相近，最后在合路点叠加输出。
优选地，峰值功放通常被偏置在F类，其饱和输出功率能达到45dBm，饱和漏极效率为64-72％，6dB回退功率处的漏极效率为60-65％，增益均大于10dB。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明针对传统Dohety功率放大器的带宽限制因素，利用双阻抗匹配网络和后匹配网络来拓展带宽，并使载波功放工作在混合连续F类工作状态，最后基于此理论设计加工了一款改进的宽带Doherty功放。
附图说明
图1是改进的Doherty功率放大器基本结构框图；
图2是图1中混合连续谐波控制类载波功放的设计示意图；
图3是图1中峰值功放的设计示意图；
图4是图1中后匹配电路的设计示意图。
图5是改进的Doherty功率放大器的整体仿真电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，实施例1：本发明实施例中，一种混合连续类Doherty功率放大器，一等分功分器、一载波功放、一峰值功放、一后匹配网络和一相位补偿线。
混合连续类Doherty功率放大器，其特征在于：包括用于将一路射频信号分成多路的等分功分器、将双阻抗匹配网络作为输出匹配网络的载波功放模块，在功率回退区内对载波功放进行负载调制峰值功放模块以及双阻抗匹配网络和后匹配网络；
所述等分功分器的输出端分为两路分别与载波功放模块和峰值功放模块输入端连接；
所述载波功放模块由相位补偿线、载波输入匹配网络、载波放大器和载波输出匹配网络依次串联连接组成；优选地，载波放大器采用载波晶体管。
所述峰值功放模块包括峰值补偿线、峰值输入匹配网络、峰值放大器和峰值输出匹配网络，峰值输入匹配网络、峰值放大器和峰值输出匹配网络以及峰值补偿线依次串联连接；优选地，峰值功放模块采用峰值晶体管。
载波功放模块和峰值功放模块的输出端与后匹配网络的输入端连接，后匹配网络的输出端作为射频输出端。
实施例2：在实施例1的基础上，如图2所示，双阻抗匹配的思路是在功率回退点和功率饱和点处，分别将输出阻抗2Ropt和Ropt匹配到Z1和2Z1，因为Z1与后匹配网络有关，当Z1与ZL之比过大，不易实现宽带的后匹配设计，所以本文将Z1的值设为20Ω。需要注意的是，2Ropt和Ropt均为电流源层面的输出阻抗，实际设计时需要利用负载牵引技术得出封装平面处的最佳输出阻抗。利用负载牵引模块可得，当栅极电压为-2.8V，漏极电压为28V时，载波功放在功率回退点和功率饱和点处，最佳输出阻抗分别为13.2+j1.3Ω和15.6+j2.7Ω，然后利用阶跃阻抗结构的微带线将13.2+j1.3Ω和15.6+j2.7Ω分别匹配到20Ω和40Ω
实施例3：在实施例1的基础上，如图3所示，利用负载牵引和源牵引技术，分别将饱和功率点处的最佳输入和输出阻抗匹配到50Ω和40Ω。与载波功放相比，峰值功放的输出匹配端增加了一段特征阻抗为40Ω的相位调节线，其作用是为了使合路点向峰值功放看去的阻抗无穷大。
实施例4：在实施例1的基础上，如图4所示，四分之一波长传输线被双阻抗匹配网络和后匹配网络取代，以此减小其对功放带宽的限制。本节的后匹配电路主要采用了阶跃阻抗变换结构，使载波功放和峰值功放在合路点处的输出阻抗匹配到50Ω
实施例5：在实施例1的基础上，如图5所示，所述改进的Doherty功率放大器的整体仿真电路图其整合了等分功分器、载波功放、峰值功放和后匹配电路。前文详细分析了在Doherty功放有源负载调制中，载波功放和峰值功放输出信号的相位必须相同或相近，才能提升功率回退区域内功放的漏极效率，所以载波功放的输入端还新增了一段50Ω的相位补偿线，通过调节补偿线的长度，使两路输出信号的相位相近，最后在合路点叠加输出。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种混合连续类Doherty功率放大器，包括用于将一路射频信号分成多路的等分功分器、将双阻抗匹配网络作为输出匹配网络的载波功放模块、在功率回退区内对载波功放模块进行负载调制的峰值功放模块以及双阻抗匹配网络和后匹配网络，其特征在于，所述等分功分器的输出端分为两路分别与载波功放模块和峰值功放模块输入端连接；所述载波功放模块由相位补偿线、载波输入匹配网、载波放大器和载波输出匹配网络依次串联连接组成；所述峰值功放模块包括峰值补偿线、峰值输入匹配网络、峰值放大器和峰值输出匹配网络，峰值输入匹配网络、峰值放大器和峰值输出匹配网络以及峰值补偿线依次串联连接；载波功放模块和峰值功放模块的输出端与后匹配网络的输入端连接，后匹配网络的输出端作为射频输出端。
2.根据权利要求1所述的一种混合连续类Doherty功率放大器，其特征在于，所述载波放大器采用载波晶体管，峰值功放模块采用峰值晶体管。
3.根据权利要求1所述的一种混合连续类Doherty功率放大器，其特征在于，所述载波功放模块的输入端新增了一输入端段50Ω的相位补偿线，通过调节补偿线的长度，使两路输出信号的相位相近，最后在合路点叠加输出。
4.根据权利要求1所述的一种混合连续类Doherty功率放大器，其特征在于，所述后匹配电路采用了阶跃阻抗变换结构，使载波功放和峰值功放在合路点处的输出阻抗匹配到50Ω。
5.根据权利要求1所述的一种混合连续类Doherty功率放大器，其特征在于，所述载波功放模块弃用四分之一波长传输线，将双阻抗匹配网络作为载波功放的输出匹配网络。
6.根据权利要求1所述的一种混合连续类Doherty功率放大器，其特征在于，所述峰值功放模块利用负载牵引和源牵引技术，分别将饱和功率点处的最佳输入和输出阻抗匹配到50Ω和40Ω。
7.根据权利要求1所述的一种混合连续类Doherty功率放大器，其特征在于，四分之一波长传输线被双阻抗匹配网络和后匹配网络取代。
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