專利名稱：高效線性功率放大電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及功率放大的技術，特別是涉及一種高效線性功率放大電路的技術。
背景技術：
射頻功率放大電路廣泛應用于各類無線系統中，現代的無線系統為了提高頻譜資 源利用率，使用了復雜的結構和調制方式，比如在3G和OFDM通信中使用QPSK、QAM、QAM16、 QAM64等調制方式，這些無線系統中信號的峰均比達到IOdB甚至更高，為了對信號載波的 寄生分量加以限制，以滿足系統規范的要求，需要在這些系統中采用線性功率放大電路。
如圖5所示，現有的線性功率放大電路中，AB類平衡式線性功率放大電路包括驅 動級放大器502、前射頻電橋504、后射頻電橋512，及由兩個AB類放大器510、511構成的平 衡式放大電路；其中前射頻電橋504和后射頻電橋512均為3dB電橋(Hybrid Coupler)， 前射頻電橋504的一個輸入端接入經驅動級放大器502放大后的信號，另一輸入端串接一 50歐姆的電阻505，后射頻電橋512的一個輸出端輸出放大后的信號，另一輸出端串接一50 歐姆的電阻513 ；這種AB類線性功率放大電路具有前后級的隔離保護，在一路損壞時另一 路可以有一定的功率輸出，有比較好的線性，比較高的增益等；但是，為了在最大功率容量 (峰值功率)時可以達到線性要求，因此設計時AB類放大器需要滿足峰值功率要求，也因此 使其工作在較小功率時的工作效率較低。現有的線性功率放大電路中，Doherty線性放大電路都由一個主放大器(載波放 大器)和一個輔助放大器(峰值放大器)組成，其主放大器工作在AB類，輔助放大器工作在 C類，其中主放大器首先開啟，輔助放大器到設定的偏壓值才工作，其工作效率相比AB類線 性功率放大電路有較大改進。但是，現有的Doherty線性放大電路具有以下缺陷1)由于采 用了 1/4波長的傳輸線作為阻抗變換，因此在頻率比較低的情況下，會由于1/4波長的微帶 線過長而影響PCB布板(Layout)和電路的設計，有時甚至無法實現；2)由于1/4波長的微 帶線不適用于寬帶系統，因此限制了現有的Doherty線性放大電路的帶寬；3)現有Doherty 線性放大電路通常僅限于單級的放大，而且調試也很不方便。
發明內容
針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡 單、調試方便，而且工作效率高，能用于寬帶系統的高效線性功率放大電路。為了解決上述技術問題，本發明所提供的一種高效線性功率放大電路，包括主放 大器和輔助放大器，所述主放大器是AB類放大器，所述輔助放大器是C類放大器，其特征在 于還包括前射頻電橋和后射頻電橋；所述前射頻電橋的一個輸入端連接外部信號源，另一個輸入端依次串接一前級微 帶線、一前級電容，其兩個輸出端分別連接主放大器的輸入端和輔助放大器的輸入端；所述 前級電容的兩端中，連接前級微帶線的一端為連接端，另一端為自由端，其自由端短路到地 或開路；
所述主放大器的輸出端和輔助放大器的輸出端分別連接后射頻電橋的兩個輸入 端；所述后射頻電橋的一個輸出端為信號輸出端，另一個輸出端依次串接一后級微帶 線、一后級電容；所述后級電容的兩端中，連接后級微帶線的一端為連接端，另一端為自由 端，其自由端短路到地或開路。進一步的，還包括偏壓控制支路；所述輔助放大器的輸入端有兩個，其中與前射頻 電橋相連的輸入端為第一輸入端，另一輸入端為第二輸入端；所述偏壓控制電路包括檢波器和偏壓放大器；所述檢波器的輸入端依次串接一衰 減器、一耦合器，其輸出端連接偏壓放大器的輸入端，所述偏壓放大器的輸出端連接輔助放 大器的第二輸入端。本發明所提供的另一種高效線性功率放大電路，包括第一級主放大器、第二級主 放大器、第一級輔助放大器和第二級輔助放大器，所述第一、第二級主放大器均為AB類放 大器，所述第二級輔助放大器是C類放大器，其特征在于還包括前射頻電橋和后射頻電 橋；所述前射頻電橋的一個輸入端連接外部信號源，另一個輸入端依次 串接一前級微 帶線、一前級電容，其兩個輸出端分別連接第一級主放大器的輸入端和第一級輔助放大器 的輸入端；所述前級電容的兩端中，連接前級微帶線的一端為連接端，另一端為自由端，其 自由端短路到地或開路；所述第一級主放大器的輸出端連接第二級主放大器的輸入端，所述第一級輔助放 大器的輸出端連接第二級輔助放大器的輸入端；所述第二級主放大器的輸出端和第二級輔助放大器的輸出端分別連接后射頻電 橋的兩個輸入端；所述后射頻電橋的一個輸出端為信號輸出端，另一個輸出端依次串接一后級微帶 線、一后級電容；所述后級電容的兩端中，連接后級微帶線的一端為連接端，另一端為自由 端，其自由端短路到地或開路。進一步的，所述第一級輔助放大器是BC類放大器。進一步的，還包括偏壓控制支路；所述第二級輔助放大器的輸入端有兩個，其中與 第一級輔助放大器相連的輸入端為第一輸入端，另一輸入端為第二輸入端；所述偏壓控制電路包括檢波器和偏壓放大器；所述檢波器的輸入端依次串接一衰 減器、一耦合器，其輸出端連接放大器的輸入端，所述偏壓放大器的輸出端連接第二級輔助 放大器的第二輸入端。本發明提供的高效線性功率放大電路，采用射頻電橋來代替1/4波長阻抗變換， 解決了傳統Doherty放大電路的不足，其結構簡單，不會影響PCB布板和電路的設計，射頻 電橋的方式還方便了調試，而且工作效率高，能用于寬帶系統。
圖1是本發明第一實施例的高效線性功率放大電路的電路圖；圖2是本發明第二實施例的高效線性功率放大電路的電路圖；圖3是本發明第三實施例的高效線性功率放大電路的電路圖4是本發明第四實施例的高效線性功率放大電路的電路圖；圖5是現有的AB類平衡式線性功率放大電路的電路圖。
具體實施例方式以下結合
對本發明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本發明，凡是采用本發明的相似結構及其相似變化，均應列入本發明的保護范圍。如圖1所示，本發明第一實施例所提供的一種高效線性功率放大電路，包括主放 大器110 (載波放大器)和輔助放大器111 (峰值放大器)，所述主放大器110是AB類放大 器，所述輔助放大器111是C類放大器，其特征在于還包括前射頻電橋104和后射頻電橋 112 ；所述前射頻電橋104的一個輸入端經一驅動級放大器102連接外部信號源，另一 個輸入端依次串接一前級微帶線105、一前級電容106，其兩個輸出端分別連接主放大器 110的輸入端和輔助放大器111的輸入端；所述前級電容106的兩端中，連接前級微帶線 105的一端為連接端，另一端為自由端，其自由端短路到地或開路；所述主放大器110的輸出端和輔助放大器111的輸出端分別連接后射頻電橋112 的兩個輸入端；所述后射頻電橋112的一個輸出端為信號輸出端，另一個輸出端依次串接一后級 微帶線113、一后級電容114 ；所述后級電容114的兩端中，連接后級微帶線113的一端為連 接端，另一端為自由端，其自由端短路到地或開路；所述驅動級放大器102是AB類放大器。本發明第一實施例的工作原理如下本發明第一實施例工作時，主放大器110 —直處于開啟狀態，外部信號經驅動級 放大器102放大后進入前射頻電橋104 ；當前射頻電橋104輸出的信號較小時，輔助放大器111處于關閉狀態，此時前射頻 電橋104輸出的信號經主放大器110放大后，從后射頻電橋112的信號輸出端輸出；當前射頻電橋104輸出的信號足夠大時，輔助放大器111處于開啟狀態，此時前射 頻電橋104輸出的信號分成兩路，一路由主放大器110進行放大處理，另一路由輔助放大器 111進行放大處理，主放大器110和輔助放大器111的輸出信號經后射頻電橋112合路后從 后射頻電橋112的信號輸出端輸出；當前射頻電橋104輸出的信號回復到較小時，輔助放大 器111回復至關閉狀態；本發明第一實施例中的各部件調試時，先單獨調整主放大器110，再單獨調整輔助 放大器111，再調整前級微帶線105與前級電容106，然后再調整后級微帶線113與后級電 容114 ；其中，微帶線和電容需要循環調試，直至放大電路的指標不能再提高為止，其調整 依據是使放大電路的線性和效率按好的方向走，調整完畢后可以繼續優化放大電路的偏置 電壓，并且連同主放大器110和輔助放大器111的偏置電壓以及后級微帶線113、后級電容 114等，使放大電路的性能達到最佳，即使放大電路的效率、線性、增益等指標的綜合性能最 好，調試時線性和效率是一對矛盾，需要根據實際指標加以折衷，再兼顧放大電路的增益、 增益平坦度(Ripple)等。如圖2所示，本發明第二實施例所提供的一種高效線性功率放大電路，包括主放大器210 (載波放大器)和輔助放大器211 (峰值放大器)，所述主放大器210是AB類放大 器，所述輔助放大器211是C類放大器，其特征在于還包括前射頻電橋204、后射頻電橋 212和偏壓控制電路；所述前射頻電橋204的一個輸入端經一驅動級放大器202連接外部信號源，另一 個輸入端依次串接一前級微帶線205、一前級電容206，其兩個輸出端分別連接主放大器 210的輸入端和輔助放大器211的輸入端；所述前級電容206的兩端中，連接前級微帶線 205的一端為連接端，另一端為自由端，其自由端短路到地或開路；
所述主放大器210的輸出端和輔助放大器211的輸出端分別連接后射頻電橋212 的兩個輸入端；所述后射頻電橋212的一個輸出端為信號輸出端，另一個輸出端依次串接一后級 微帶線213、一后級電容214;所述后級電容214的兩端中，連接后級微帶線213的一端為連 接端，另一端為自由端，其自由端短路到地或開路； 所述驅動級放大器202是AB類放大器；所述輔助放大器211的輸入端有兩個，其中與前射頻電橋204相連的輸入端為第 一輸入端，另一輸入端為第二輸入端；所述偏壓控制電路包括檢波器203和偏壓放大器201 ；所述檢波器203的輸入端 依次串接一衰減器207、一耦合器208，其輸出端連接偏壓放大器201的輸入端，所述偏壓放 大器201的輸出端連接輔助放大器211的第二輸入端；本發明第二實施例的工作原理與第一實施例類似，其區別之處在于通過偏壓控 制電路控制輔助放大器211的偏壓，使偏壓隨信號的大小動態變化，從而進一步提高效率；本發明第二實施例控制偏壓的工作原理如下通過耦合器208耦合出信號，耦合出的信號經衰減器207衰減為合適的信號后輸 入到檢波器203進行檢波，檢波后的信號經偏壓放大器201放大后送入峰值放大器211 ；本發明第二實施例中，各部件的調試方法與第一實施例類似。如圖3所示，本發明第三實施例所提供的一種高效線性功率放大電路，包括第一 級主放大器315、第二級主放大器310、第一級輔助放大器316和第二級輔助放大器311，所 述第一、第二級主放大器均為AB類放大器，所述第一級輔助放大器316是BC類放大器，所 述第二級輔助放大器311是C類放大器，其特征在于還包括前射頻電橋304和后射頻電橋 312 ；所述前射頻電橋304的一個輸入端連接外部信號源，另一個輸入端依次串接一前 級微帶線305、一前級電容306，其兩個輸出端分別連接第一級主放大器315的輸入端和第 一級輔助放大器316的輸入端；所述前級電容306的兩端中，連接前級微帶線305的一端為 連接端，另一端為自由端，其自由端短路到地或開路；所述第一級主放大器315的輸出端連接第二級主放大器310的輸入端，所述第一 級輔助放大器316的輸出端連接第二級輔助放大器311的輸入端；所述第二級主放大器310的輸出端和第二級輔助放大器311的輸出端分別連接后 射頻電橋312的兩個輸入端；所述后射頻電橋312的一個輸出端為信號輸出端，另一個輸出端依次串接一后級 微帶線313、一后級電容314;所述后級電容314的兩端中，連接后級微帶線313的一端為連接端，另一端為自由端，其自由端短路到地或開路；本發明第三實施例的工作原理如下本發明第三實施例工作時，第一級主放大器315和第二級主放大器310 —直處于 開啟狀態，外部信號直接接入前射頻電橋304 ；當前射頻電橋304輸出的信號較小時，第一級輔助放大器316和第二級輔助放大 器311處于關閉狀態，此時前射頻電橋304輸出的信號經第一級主放大器315和第二級主 放大器310兩級放大后，從后射頻電橋312的信號輸出端輸出；當前射頻電橋304輸出的信號足夠大時，第一級輔助放大器316和第二級輔助放 大器311處于開啟狀態，此時前射頻電橋304輸出的信號分成兩路，一路由第一級主放大器 315和第二級主放大器310進行兩級放大處理，另一路由第一級輔助放大器316和第二級輔 助放大器311進行兩級放大處理，第二級主放大器310和第二級輔助放大器311的輸出信 號經后射頻電橋312合路后從后射頻電橋312的信號輸出端輸出；當前射頻電橋304輸出 的信號回復到較小時，第一級輔助放大器316和第二級輔助放大器311回復至關閉狀態；本發明第三實施例中的各部件調試時，先單獨調整第一級主放大器315，再單獨調 整第二級主放大器310，再將第一級主放大器315與第二級主放大器310級聯調試，然后再 單獨調整第一級輔助放大器316，再單獨調整第二級輔助放大器311，再將第一級輔助放大 器316與第二級輔助放大器311級聯調試，然后再調整前級微帶線305和前級電容306，再 調整后級微帶線313和后級電容314 ；其中，微帶線和電容需要循環調試，直至放大電路的 指標不能再提高為止，其調整依據是使放大電路的線性和效率按好的方向走，調整完畢后 可以繼續優化調試放大電路的偏置電壓；調試偏置電壓時，先細調第二級主放大器310和 第二級輔助放大器311的偏置電壓，再細調第一級主放大器315和第一級輔助放大器316 的偏置電壓，最后再反復循環調試，使放大電路的性能達到最佳，即使放大電路的效率、線 性、增益等指標的綜合性能最好。如圖4所示，本發明第四實施例所提供的一種高效線性功率放大電路，包括第一 級主放大器415、第二級主放大器410、第一級輔助放大器416和第二級輔助放大器411，所 述第一、第二級主放大器均為AB類放大器，所述第一級輔助放大器416是BC類放大器，所 述第二級輔助放大器411是C類放大器，其特征在于還包括前射頻電橋404、后射頻電橋 412和偏壓控制電路；所述前射頻電橋404的一個輸入端連接外部信號源，另一個輸入端依次串接一前 級微帶線405、一前級電容406，其兩個輸出端分別連接第一級主放大器415的輸入端和第 一級輔助放大器416的輸入端；所述前級電容306的兩端中，連接前級微帶線305的一端為 連接端，另一端為自由端，其自由端短路到地或開路；所述第一級主放大器415的輸出端連接第二級主放大器410的輸入端，所述第一 級輔助放大器416的輸出端連接第二級輔助放大器411的輸入端；所述第二級主放大器410的輸出端和第二級輔助放大器411的輸出端分別連接后 射頻電橋312的兩個輸入端；所述后射頻電橋412的一個輸出端為信號輸出端，另一個輸出端依次串接一后級微帶線413、一后級電容414;所述后級電容414的兩端中，連接后級微帶線413的一端為連 接端，另一端為自由端，其自由端短路到地或開路；
所述第二級輔助放大器411的輸入端有兩個，其中與第一級輔助放大器416相連 的輸入端為第一輸入端，另一輸入端為第二輸入端；所述偏壓控制電路包括檢波器403和偏壓放大器401 ；所述檢波器403的輸入端 依次串接一衰減器407、一耦合器408，其輸出端連接偏壓放大器401的輸入端，所述偏壓放 大器401的輸出端連接第二級輔助放大器411的第二輸入端；本發明第四實施例的工作原理與第三實施例類似，其區別之處在于通過偏壓控 制電路控制第二級輔助放大器411的偏壓，使偏壓隨信號的大小動態變化，從而進一步提 高效率；本發明第四實施例控制偏壓的工作原理與第二實施例類似。本發明第四實施例中，各部件的調試方法與第三實施例類似。本發明各實施例中，輔助放大器也可以有多個，可以通過對各個輔助放大器進行 偏置電壓的控制，來達到放大電路的最佳性能，進一步提高效率。本發明各實施例中，輔助放大器和主放大器的功率分配是3dB，實際應用時也可以 讓輔助放大器獲得更多的功率。本發明各實施例中，前射頻電橋和后射頻電橋是3dB正交電橋，實際應用時也可 以采用其它類型的射頻電橋或其它dB數的射頻電橋。
權利要求
一種高效線性功率放大電路，包括主放大器和輔助放大器，所述主放大器是AB類放大器，所述輔助放大器是C類放大器，其特征在于還包括前射頻電橋和后射頻電橋；所述前射頻電橋的一個輸入端連接外部信號源，另一個輸入端依次串接一前級微帶線、一前級電容，其兩個輸出端分別連接主放大器的輸入端和輔助放大器的輸入端；所述前級電容的兩端中，連接前級微帶線的一端為連接端，另一端為自由端，其自由端短路到地或開路；所述主放大器的輸出端和輔助放大器的輸出端分別連接后射頻電橋的兩個輸入端；所述后射頻電橋的一個輸出端為信號輸出端，另一個輸出端依次串接一后級微帶線、一后級電容；所述后級電容的兩端中，連接后級微帶線的一端為連接端，另一端為自由端，其自由端短路到地或開路。
2.根據權利要求1所述的高效線性功率放大電路，其特征在于還包括偏壓控制支路； 所述輔助放大器的輸入端有兩個，其中與前射頻電橋相連的輸入端為第一輸入端，另一輸 入端為第二輸入端；所述偏壓控制電路包括檢波器和偏壓放大器；所述檢波器的輸入端依次串接一衰減 器、一耦合器，其輸出端連接偏壓放大器的輸入端，所述偏壓放大器的輸出端連接輔助放大 器的第二輸入端。
3.一種高效線性功率放大電路，包括第一級主放大器、第二級主放大器、第一級輔助放 大器和第二級輔助放大器，所述第一、第二級主放大器均為AB類放大器，所述第二級輔助 放大器是C類放大器，其特征在于還包括前射頻電橋和后射頻電橋；所述前射頻電橋的一個輸入端連接外部信號源，另一個輸入端依次串接一前級微帶 線、一前級電容，其兩個輸出端分別連接第一級主放大器的輸入端和第一級輔助放大器的 輸入端；所述前級電容的兩端中，連接前級微帶線的一端為連接端，另一端為自由端，其自 由端短路到地或開路；所述第一級主放大器的輸出端連接第二級主放大器的輸入端，所述第一級輔助放大器 的輸出端連接第二級輔助放大器的輸入端；所述第二級主放大器的輸出端和第二級輔助放大器的輸出端分別連接后射頻電橋的 兩個輸入端；所述后射頻電橋的一個輸出端為信號輸出端，另一個輸出端依次串接一后級微帶線、 一后級電容；所述后級電容的兩端中，連接后級微帶線的一端為連接端，另一端為自由端， 其自由端短路到地或開路。
4.根據權利要求3所述的高效線性功率放大電路，其特征在于所述第一級輔助放大 器是BC類放大器。
5.根據權利要求3所述的高效線性功率放大電路，其特征在于還包括偏壓控制支路； 所述第二級輔助放大器的輸入端有兩個，其中與第一級輔助放大器相連的輸入端為第一輸 入端，另一輸入端為第二輸入端；所述偏壓控制電路包括檢波器和偏壓放大器；所述檢波器的輸入端依次串接一衰減 器、一耦合器，其輸出端連接放大器的輸入端，所述偏壓放大器的輸出端連接第二級輔助放 大器的第二輸入端。
全文摘要
一種高效線性功率放大電路，涉及功率放大技術領域，所解決的是方便調試及提高效率的技術問題。該電路包括主放大器、輔助放大器、前射頻電橋和后射頻電橋；所述前射頻電橋的一個輸入端連接外部信號源，另一個輸入端依次串接一前級微帶線、一前級電容，其兩個輸出端分別連接主放大器的輸入端和輔助放大器的輸入端；所述主放大器的輸出端和輔助放大器的輸出端分別連接后射頻電橋的兩個輸入端；所述后射頻電橋的一個輸出端為信號輸出端，另一個輸出端依次串接一后級微帶線、一后級電容。本發明提供的電路，可以提供更寬的帶寬。
文檔編號H03F1/02GK101834571SQ20101017568
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月13日 優先權日2010年5月13日
發明者杜承法 申請人:上海圖越電子有限公司