專利名稱：一種雙模雙帶高效率Doherty功率放大器的制作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信技術領域，尤其涉及一種雙模雙帶高效率Doherty功率放大器。
背景技術：
在現代無線通信系統中，效率和線性始終是功率放大器的兩個關鍵因素。通信系統對數據傳輸速率要求越來越高及日益緊張的頻譜資源，導致了高效但復雜的調制方式，使信號具有很高的峰均比(PAR)。傳統功放需工作在大的回退區域才能保證通信的線性指標，這樣就導致了功放的整體效率低下。Doherty功放于1936年由W. H. Doherty首創。Doherty功放是目前提高發射機平 均效率的常用技術之一。傳統Doherty結構框圖如圖I所示，功率分配器10將射頻信號分成等量同相的兩路信號；經過等分的射頻信號通過輸入匹配網絡21和22分別進入主功放31和峰值功放32 ;主功放的輸出匹配網絡41和峰值功放的輸出匹配網絡42給信號提供最佳負載；主功放的相位補償線51和峰值功放的相位補償線52對放大后的射頻信號進行相位處理，使得兩路信號在功率合成點進行同相合成；阻抗逆置器50對主功放的負載進行倒置以達到在不同的功率狀態下進行合理的匹配；阻抗變換器70將負載阻抗(通常是50歐姆)變換為主功放和峰值功放所需的阻抗。在無線發射機領域，傳統的Doherty功率放大器結構及其原理是公知的，在此不再詳細描述。Doherty功放技術通過控制主功放和峰值功放在不同功率點的阻抗及峰值功放的導通狀態來得到總體高效率。由于Doherty的阻抗逆置器和阻抗變換器都是由四分之波長線來實現，所以其帶寬較窄。隨著無線通信技術的發展，涌現出越來越多先進的通信標準，如WCDMA，TD-SCDMA,WIMAXjLTE等等。為了節約能源和削減運營商維護、升級基站成本，都要求基站能夠同時工作在多頻帶。通信系統從3G到4G的無縫過渡及其后向兼容也對多頻段的工作模型提出了需求。由于先進而復雜的調制信號具有高峰均比(PAR)的特性，能夠工作在多個頻帶且提升信號的平均功率的雙模雙帶Doherty功放技術是一種有潛力的方案。由于射頻微波晶體管的工作帶寬往往較寬，如GaN、GaAs0雙模雙帶Doherty功放的關鍵技術在于實現雙頻無源電路，如雙頻帶功分器、雙頻帶匹配電路、雙頻帶相位補償線、雙頻帶四分之波長線等。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種在較大功率回退范圍內，能同時工作在雙頻帶的Doherty功率放大器。為解決上述技術問題，本發明通過以下技術方案實現一種雙模雙帶高效率Doherty功率放大器，該放大器包括-雙頻帶功率分配器100，對兩個任意頻率的信號進行分配；
-雙頻帶輸入匹配200，對兩路功放進行合理的增益匹配，得到適當的電壓駐波比；-核心放大單元300，采用Doherty功率放大器，其具有至少一個峰值功放302和至少一個主功放301，通過控制峰值功放302在不同功率下的導通狀態，來對主功放301進行負載調制，以提高平均效率；-雙頻帶輸出匹配400，對兩路功放進行功率匹配，以得到最大輸出功率；-雙頻帶相位補償線500,包括主功放支路相位補償線501和峰值功放相位補償線502，主功放支路相位補償線501在功率回退點將主功放301 的負載阻抗變換到臨近最佳效率點，峰值功放相位補償線502在小功率狀態下，使峰值功放302的輸出阻抗呈現無窮大狀態，以防止主功放支路的功率泄漏到峰值功放支路；-雙頻帶阻抗逆置器600和雙頻帶阻抗變換器700，是在兩個頻率上等效為四分子波長線，雙頻帶阻抗逆置器600的特征阻抗為50 Ω，雙頻帶阻抗變換器700的特征阻抗為35. 35 Ω，它們分別對負載阻抗進行逆置和變換；所述雙頻帶功率分配器100的輸入端接信號源的輸出，所述雙頻帶輸入匹配200的輸入、輸出端口分別與雙頻帶功率分配器100的輸出端和核心放大單元300的輸入端相連，所述雙頻帶輸出匹配400的輸入、輸出端口分別與核心放大單元300的輸出端和雙頻帶相位補償線500的輸入端相連，所述雙頻帶阻抗逆置器600的輸入端與雙頻帶相位補償線501輸出端相連，其輸出端與雙頻帶阻抗變換器700的輸入端、雙頻帶相位補償線501的輸出端相連，所述雙頻帶阻抗變換器700的輸入端是兩路功率的合成點，其輸出端接終端負載。所述的雙頻帶功率分配器100至少包括一個雙頻帶等功率分配器或者一個雙頻帶非等功率分配器，等功率分配器對功率進行等量分配，非等功率分配器對功率進行非等量分配。所述的雙頻帶輸入匹配200至少包括一個主功放輸入匹配201和一個峰值功放輸入匹配202，對有源器件進行增益匹配。所述的雙頻帶輸出匹配400至少包括一個主功放輸入匹配401和一個峰值功放輸入匹配402，對有源器件的復數源阻抗和復數負載阻抗進行匹配。所述的雙頻帶相位補償線500包括至少一個主功放相位補償線501和至少一個峰值功放相位補償線502,對Doherty在回退功率區域的性能進行優化。本發明提供了一種雙模雙帶高效率Doherty功率放大器，該雙模雙帶高效率Doherty功率放大器包括雙頻帶功率分配器模塊(等分功率分配器和非等分功率分配器)，對兩個任意頻率的信號進行分配；雙頻帶輸入匹配模塊，對兩路功放進行合理的增益匹配，得到適當的電壓駐波比；主功放和峰值功放，通過控制峰值功放在不同功率下的導通狀態，對主功放進行負載調制，以提高平均效率；雙頻帶輸出匹配，對兩路功放進行功率匹配，以得到最大輸出功率；雙頻帶相位補償線模塊，包括主功放支路的相位補償線和峰值功放相位補償線，主功放支路的相位補償線在功率回退點將主功放的負載阻抗變換到臨近最佳效率點，峰值功放支路的相位補償線在小功率狀態下，使峰值功放的輸出阻抗呈現無窮大狀態，以防止主功放支路的功率泄漏到峰值功放支路；雙頻帶阻抗逆置器和雙頻帶阻抗變換器，其在兩個頻率上等效為四分子波長線，它們分別進行阻抗逆置和阻抗變換，同時也對兩支路的功率進行合成。本發明的有益效果是本發明在傳統Doherty的基礎上，利用雙頻帶無源電路技術設計出的雙模雙帶Doherty,可以同時工作在兩個通信頻段上。尤其采用的非對稱雙頻帶功率分配器使輸入功率非等分地進入主功放和峰值功放，減輕了非完全調制效應，提高了 Doherty的整體性能，可應用于多模基站和軟件無線電，有利于節約能源和削減成本。
為了更清楚的說明本發明實施例或現有技術中的方案，下面將通過參照附圖對實施例進行簡單地描述。顯然，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對本領域的技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。其中圖I是傳統Doherty功率放大器結構框圖； 圖2是本發明實施例提供的雙模雙帶高效率Doherty功率放大器結構框圖；圖3是本發明實施例提供的雙頻帶同相等量功率分配器結構框圖；圖4是本發明實施例提供的雙頻帶匹配網絡的結構框圖；圖5是本發明實施例提供的雙頻帶相位補償線結構框圖；圖6是本發明實施例提供的雙頻帶阻抗逆置器和阻抗變換器結構框圖；圖7是本發明實施例提供的非等分的雙頻帶功率分配器結構框圖。
具體實施例方式為了使本發明實施例的目的、技術方案更加清楚明白，在下文中，將參照本發明實施例的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，本文所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域的技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所以其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。如圖2所示的雙模雙帶Doherty結構示意圖，它包括-雙頻帶功率分配器100，對兩個任意頻率的信號進行分配。雙頻帶功率分配器100至少包括一個雙頻帶等功率分配器或者一個雙頻帶非等功率分配器，等功率分配器對功率進行等量分配，非等功率分配器對功率進行非等量分配。-雙頻帶輸入匹配200，對兩路功放進行合理的增益匹配，得到適當的電壓駐波t匕。雙頻帶輸入匹配200至少包括一個主功放輸入匹配201和一個峰值功放輸入匹配202，對有源器件進行增益匹配。-核心放大單元300，采用Doherty功率放大器，其具有至少一個峰值功放302和至少一個主功放301，通過控制峰值功放302在不同功率下的導通狀態，來對主功放301進行負載調制，以提高平均效率。-雙頻帶輸出匹配400，對兩路功放進行功率匹配，以得到最大輸出功率。雙頻帶輸出匹配400至少包括一個主功放輸入匹配401和一個峰值功放輸入匹配402，對有源器件的復數源阻抗和復數負載阻抗進行匹配。-雙頻帶相位補償線500,包括主功放支路相位補償線501和峰值功放相位補償線502，主功放支路相位補償線501在功率回退點將主功放301的負載阻抗變換到臨近最佳效率點，峰值功放相位補償線502在小功率狀態下，使峰值功放302的輸出阻抗呈現無窮大狀態，以防止主功放支路的功率泄漏到峰值功放支路。雙頻帶相位補償線500包括至少一個主功放相位補償線501和至少一個峰值功放相位補償線502,對Doherty在回退功率區域的性能進行優化。-雙頻帶阻抗逆置器600和雙頻帶阻抗變換器700，是在兩個頻率上等效為四分子波長線，雙頻帶阻抗逆置器600的特征阻抗為50 Ω，雙頻帶阻抗變換器700的特征阻抗為35. 35 Ω，它們分別對負載阻抗進行逆置和變換。具體的雙頻帶功率分配器100的輸入端接信號源的輸出，雙頻帶輸入匹配網絡200的輸入、輸出端口分別與雙頻帶功率分配器100的輸出端和有源器件(核心放大單元300)的輸入端相連，雙頻帶輸出匹配網絡400的輸入、輸出端口分別與有源器件(核心放大單元300)的輸出端和雙頻帶相位補償線500的輸入端相連。雙頻帶阻抗逆置器600的輸入端與主功放支路相位補償線501輸出端相連，其輸出端與雙頻帶阻抗變換器700的輸入端、峰值功放相位補償線502的輸出端相連。雙頻帶阻抗變換器700的輸入端是兩路功率 的合成點，其輸出端接終端負載。由于傳統的Doherty功率放大器的設計技術是公知的，所以本文詳細闡述雙頻帶無源電路在Doherty設計電路中的應用。本發明中，如果使用非對稱雙頻帶功率分配器100，使得峰值功放302的輸入功率大于主功放301，改善了飽和點非完全調制效應。具體的，雙頻帶復阻抗匹配電路，需要在頻率f1; f2同時從50 Ω分別匹配到阻抗Z(f\) = R^jX1, Z(f2) = R2+jX2，其實部匹配網絡參數Zs、0S、ZP、θρ為以下方程組的解
Zti=Zs sin Θ s，Z12=Zs sin η Θ s, Zp=Z,,Z, tan(^,)/Z；-Z^1 ,Zv=ZtzZs tan(吟)/^Z2s-Z2t2，
其中Z11 =^50/G1 ,Zn =^j50/G2，GpG2 為電納，η = 2/ λ > I0 合理選擇特征阻抗 ZC、ZC1、
Zc2后，其虛部匹配網絡參數θα、0C2為以下方程組的解0cl(fi) = tarTH-l/ZcA^))，Θ C2 (f2) =tan_1 (ZC2imag (YB (f2)))。具體的，雙頻帶相位補償線500，需要在頻率f1; f2，分別移相θη、ΘΤ2，且其特征阻抗都為50 Ω，雙頻帶相位補償線500的傳輸線特征阻抗和電長度分別為Zs =Zt I sin θ T11 / sin Θ s |, sinn Θ s | / sin Θ s | = sin θ T21 / sin θ T11, Ζτ=50 Ω，η = f2/A > I。實施例I等分的雙頻帶功率分配器100，如圖3所示，對輸入的射頻信號進行同相等量分配，其設計方法基于branch-line功率分配器和pi型四分之波長線。工作頻率為f\，f2, η=f2/f > 1，Ztl為系統標準特征阻抗50 Ω，相對帶寬δ = (f^-fD/^+f)，若設計緊湊型電路，三種微帶線的電長度都為Θ = Ji (I- δ )/2§^(I)特征阻抗分別為
「00471 = ~r=---r(2)
/2 cos(iXr. 2)Z2=~(3)
cos(d>r/2)
權利要求
1.一種雙模雙帶高效率Doherty功率放大器，其特征在于，該放大器包括 -雙頻帶功率分配器(100)，對兩個任意頻率的信號進行分配； -雙頻帶輸入匹配(200)，對兩路功放進行合理的增益匹配，得到適當的電壓駐波比； -核心放大單元(300)，采用Doherty功率放大器，其具有至少一個峰值功放(302)和至少一個主功放(301)，通過控制峰值功放(302)在不同功率下的導通狀態，來對主功放(301)進行負載調制，以提聞平均效率； -雙頻帶輸出匹配(400)，對兩路功放進行功率匹配，以得到最大輸出功率； -雙頻帶相位補償線(500)，包括主功放支路相位補償線(501)和峰值功放相位補償線(502)，主功放支路相位補償線(501)在功率回退點將主功放(301)的負載阻抗變換到臨近最佳效率點，峰值功放相位補償線(502)在小功率狀態下，使峰值功放(302)的輸出阻抗呈現無窮大狀態，以防止主功放支路的功率泄漏到峰值功放支路； -雙頻帶阻抗逆置器(600)和雙頻帶阻抗變換器(700)，是在兩個頻率上等效為四分子波長線，雙頻帶阻抗逆置器(600)的特征阻抗為50 Q，雙頻帶阻抗變換器(700)的特征阻抗為35. 35 Q，它們分別對負載阻抗進行逆置和變換； 所述雙頻帶功率分配器(100)的輸入端接信號源的輸出，所述雙頻帶輸入匹配(200)的輸入、輸出端口分別與雙頻帶功率分配器(100)的輸出端和核心放大單元(300)的輸入端相連，所述雙頻帶輸出匹配(400)的輸入、輸出端口分別與核心放大單元(300)的輸出端和雙頻帶相位補償線(500)的輸入端相連，所述雙頻帶阻抗逆置器￠00)的輸入端與雙頻帶相位補償線(501)輸出端相連，其輸出端與雙頻帶阻抗變換器(700)的輸入端、雙頻帶相位補償線(501)的輸出端相連，所述雙頻帶阻抗變換器(700)的輸入端是兩路功率的合成點，其輸出端接終端負載。
2.根據權利要求I所述的雙模雙帶高效率Doherty功率放大器，其特征在于，所述的雙頻帶功率分配器(100)至少包括一個雙頻帶等功率分配器或者一個雙頻帶非等功率分配器，等功率分配器對功率進行等量分配，非等功率分配器對功率進行非等量分配。
3.根據權利要求I所述的雙模雙帶高效率Doherty功率放大器，其特征在于，所述的雙頻帶輸入匹配(200)至少包括一個主功放輸入匹配(201)和一個峰值功放輸入匹配(202)，對有源器件進行增益匹配。
4.根據權利要求I所述的雙模雙帶高效率Doherty功率放大器，其特征在于，所述的雙頻帶輸出匹配(400)至少包括一個主功放輸入匹配(401)和一個峰值功放輸入匹配(402)，對有源器件的復數源阻抗和復數負載阻抗進行匹配。
5.根據權利要求I所述的雙模雙帶高效率Doherty功率放大器，其特征在于，所述的雙頻帶相位補償線(500)包括至少一個主功放相位補償線(501)和至少一個峰值功放相位補償線(502),對Doherty在回退功率區域的性能進行優化。
全文摘要
本發明提供一種雙模雙帶高效率Doherty功率放大器，包括雙頻帶功率分配器模塊、雙頻帶輸入匹配模塊、主功放和峰值功放、雙頻帶輸出匹配、雙頻帶相位補償線模塊、雙頻帶阻抗逆置器和雙頻帶阻抗變換器，雙頻帶相位補償線模塊包括主功放支路的相位補償線和峰值功放相位補償線，主功放支路的相位補償線在功率回退點將主功放的負載阻抗變換到臨近最佳效率點，峰值功放支路的相位補償線在小功率狀態下，使峰值功放的輸出阻抗呈現無窮大狀態。本發明可以同時工作在兩個通信頻段上，輸入功率非等分地進入主功放和峰值功放，減輕了非完全調制效應，提高了Doherty的整體性能，可應用于多模基站和軟件無線電，有利于節約能源和削減成本。
文檔編號H03F1/07GK102801387SQ201210337939
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者何松柏, 謝樹義, 丁炫, 童仁彬, 呂亞博, 游飛 申請人:電子科技大學