CN104393843A - 采用多级式辅路放大器的Doherty功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用多级式辅路放大器的Doherty功率放大器，包括非对称功率分配器、主路放大单元、辅路放大单元和合路器。主路放大单元包括主路相位延迟线、主路放大器和主路补偿线。辅路放大单元包括辅路相位延迟线、辅路预放大器、辅路放大器和辅路补偿线。非对称功率分配器将较大功率的第一路信号输出至主路放大单元，将较小功率的第二路信号输出至辅路放大单元。辅路预放大器将第二路信号预放大后输出至辅路放大器。该采用多级式辅路放大器的Doherty功率放大器相对于传统Doherty功率放大器，在通过非对称功率分配器增强主路放大单元增益的同时，通过辅路预放大器提高辅路放大器的输入功率，进而增强了Doherty功率放大器的负载调制，提高了输出功率和回退效率。

Description

采用多级式辅路放大器的Doherty功率放大器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体来说，涉及一种采用多级式辅路放大器的Doherty功率放大器。

背景技术

随着绿色环保和节能减排日益受到重视，通信运营商对于无线通信***功耗降低的要求也越来越高。功率放大器作为无线通信发射***中的末级模块，其自身的效率对于整个通信***效率指标的影响巨大。在普通商用移动通信基站中，末级功率放大器的功率消耗占整个***的60％以上。由此可见，如果末级功率放大器效率过低，不仅增加了整个移动基站***的功耗，而且还产生了过多的热量，由此带来的散热措施也将消耗大量能源。因此，提高功率放大器的效率已经成为如今无线通信领域的热点课题。

此外，随着移动通信技术的迅速发展，尤其是第三代移动通信技术(3G)的普及以及***移动通信技术(4G)的发展，移动通信所传输的信息量越来越大，对于无线通信收发***的性能提出了更高的要求。由于4G移动通信***的信号峰均比相比以前的移动通信***的信号峰均比更大，以目前逐步进入商用试验阶段LTE***等4G移动通信***为例，其信号峰均比在10dB左右，所以功率放大器在放大此类高峰均比信号时，为了保证信号的线性度，必须工作在一个比饱和功率较低得多的功率点，由此带来了效率的急剧下降。因此，对于高效率功率放大器的设计已经不仅仅是要求在饱和功率附近实现较高的效率，而是要求在一个更大的功率回退范围内也能提供较高的效率。

Doherty功率放大器是目前商用移动通信基站中应用广泛的一种高效率功率放大器技术，传统Doherty功率放大器，如图1所示，包括3dB功率分配器、主路放大器，辅路放大器和合路器，其基本原理为：在输入信号较小时，偏置在AB类的主路放大器先于偏置在C类辅路放大器导通，主路放大器在合路器中的λ/4阻抗变换线的作用下，提前达到饱和并实现高效率；随着输入信号进一步增大，辅路放大器开始导通，通过Doherty有源负载调制的作用，使主路和辅路放大器都工作在饱和区，从而使得整个Doherty功率放大器在较大的功率回退范围内都保持高效率。

然而，发明人在研究中发现，对于传统Doherty功率放大器，在相同输入功率的情况下，C类辅路放大器的增益比AB类主路放大器低，使得辅路放大器输出电流低于主路放大器，导致了Doherty有源负载调制不够充分，降低了整个Doherty功率放大器的输出功率和回退效率。因此，如何增强Doherty功率放大器的负载调制，进而提高输出功率和回退效率对于提高基站***性能及降低成本，具有十分重要的意义。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种采用多级式辅路放大器的Doherty功率放大器，该Doherty功率放大器在保证主路放大器具有较高增益的同时，可使辅路放大器的输出功率得到提高，从而增强有源负载调制，提高Doherty功率放大器的输出功率和回退效率。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种采用多级式辅路放大器的Doherty功率放大器，包括非对称功率分配器、主路放大单元、辅路放大单元和合路器。所述主路放大单元包括主路相位延迟线、主路放大器和主路补偿线。所述辅路放大单元包括辅路相位延迟线、辅路预放大器、辅路放大器和辅路补偿线。所述合路器包括特性阻抗为35欧姆的λ/4阻抗变换线，其中，λ是Doherty功率放大器工作频率对应的波长。

进一步，所述非对称功率分配器将较大功率的第一路信号输出至主路放大单元，将较小功率的第二路信号输出至辅路放大单元。

进一步，所述辅路预放大器将第二路信号预放大后输出至辅路放大器。

进一步，所述辅路预放大器可由一个或者多个放大器组成。

进一步，所述主路放大器通过主路补偿线与合路器中的35欧姆的λ/4阻抗变换线连接。

进一步，所述主路相位延迟线和辅路相位延迟线用于调整第一路信号和第二路信号的相位，使两者在合路器的输入端保持同相位。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

(1)提高了输出功率和回退效率。传统Doherty功率放大器中，由于辅路放大器偏置在C类，其增益低于偏置在AB类的主路放大器，从而使得辅路放大器饱和输出电流低于主路放大器，无法实现理想的有源负载调制和应有的饱和功率，进而影响到了回退效率。本发明在辅路放大器之前增加了预放大器，提高辅路放大器的增益，使其输出与主路放大器相对应的饱和电流，实现有效的有源负载调制，提高了功率放大器的饱和输出功率和回退效率。

(2)提高了增益。对于功率放大器的整体增益，当输入信号较小时，辅路放大器暂时不工作，Doherty功率放大器的增益由主路放大器决定。传统Doherty功率放大器中功率分配器采用等功分的3dB功率分配器，这样使得Doherty功率放大器的整体增益下降了3dB。本发明中采用了非对称功率分配器，将较大功率输出至主路放大器，可以使Doherty功率放大器整体增益的降低缩减至1dB左右。

(3)减小了输出端损耗。本发明中省略了传统Doherty功率放大器输出端所需要的50欧姆λ/4阻抗变换线，通过调整主路补偿线的长度来达到Doherty负载调制的状态，尽可能缩短输出端的传输线长度，从而降低了输出端的损耗，提高了功率放大器的输出功率和效率。

附图说明

图1传统的Doherty功率放大器的结构框图。

图2本发明的Doherty功率放大器的结构框图。

图3本发明实施例的Doherty功率放大器增益与输出功率的关系图。

图4本发明实施例的Doherty功率放大器效率与输出功率的关系图。

图中有：非对称功率分配器10、主路放大单元20、主路相位延迟线201、主路放大器202、主路补偿线203、辅路放大单元30、辅路相位延迟线301、辅路预放大器302、辅路放大器303、辅路补偿线304、合路器40、35欧姆λ/4阻抗变换线401。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图2所示，本发明的一种采用多级式辅路放大器的Doherty功率放大器，包括非对称功率分配器10、主路放大单元20、辅路放大单元30和合路器40。所述主路放大单元20包括主路相位延迟线201、主路放大器202和主路补偿线203。所述辅路放大单元30包括辅路相位延迟线301、辅路预放大器302、辅路放大器303和辅路补偿线304。所述合路器40包括λ/4阻抗变换线401，其中，λ是Doherty功率放大器工作频率对应的波长。主路相位延迟线201、辅路相位延迟线301、主路补偿线203、辅路补偿线304的特性阻抗均为50欧姆，λ/4阻抗变换线401的特性阻抗为35欧姆。

在上述的Doherty功率放大器中，非对称功率分配器10将Doherty功率放大器的输入信号非对称地分配为两路信号，即第一路信号和第二路信号。第一路信号与第二路信号的功率比大于1。第一路信号通过主路相位延迟线201调整相位后输出至主路放大器202，经过主路放大器202放大后，通过主路补偿线203输出至合路器40的第一输入端。第二路信号通过辅路相位延迟线301调整相位后输出至辅路预放大器302，经过辅路预放大器302预放大后输出至辅路放大器303，经过放大后通过辅路补偿线304输出至合路器40的第二输入端。主路补偿线203用于补偿主路功放管内部寄生电感、电容等寄生参数，并与35欧姆λ/4阻抗变换线401共同作用以保证放大器在功率回退时达到饱和效率。辅路补偿线304的作用为补偿辅路功放管内部寄生电感、电容等寄生参数以保证其在未开启时输出端为开路。主路相位延迟线201和辅路相位延迟线301的作用是调整第一路信号和第二路信号的相位，使两路信号在合路器40的第一和第二输入端实现同相。

在上述的Doherty功率放大器中，辅路预放大器302将第二路信号预放大后输出至辅路放大器303，克服了辅路放大器303偏置在C类时增益较低的问题。

在上述的Doherty功率放大器中，辅路预放大器302可由一个或者多个放大器组成。

在上述的Doherty功率放大器中，主路放大器202通过主路补偿线203直接与合路器40中的35欧姆的λ/4阻抗变换线401连接，减小了输出端传输线的长度，从而降低了输出端的损耗。

在上述的Doherty功率放大器中，所述主路相位延迟线201和辅路相位延迟线301用于调整第一路信号和第二路信号的相位，使两者在合路器40的输入端保持同相位。

本发明的工作原理是：通过非对称功率分配器10将较大功率的第一路信号输出至主路放大单元20，从而减小了主路放大单元20增益的损失，提高了Doherty功率放大器的整体增益。非对称功率分配器10输出的较小功率的第二路信号输出至辅路放大单元30，经过辅路预放大器302预放大后再输出至辅路放大器303中进行放大，克服了辅路放大器303偏置在C类时增益较低带来的有源负载调制不充分的问题，从而使辅路放大器303达到与主路放大器202相同的饱和电流，实现理想的有源负载调制，从而提高了Doherty功率放大器整体输出功率和回退效率。

下面例举一个实施例。

本实施例中的Doherty功率放大器工作频率为2550MHz，主路放大器202和辅路放大器303的功放管均采用CREE的HEMT功放管CGH27060，辅路预放大器302的功放管采用CREE的HEMT功放管CGH40010。主路放大器202偏置在AB类，辅路预放大器302偏置在C类，辅路放大器303偏置在B类。非对称功率分配器输出的第一路信号和第二路信号的功率比为3.5:1。

图3是本实施例的Doherty功率放大器的增益与输出功率关系图。从图中可以看出，本实施例的Doherty功率放大器小信号增益约为13dB，相对于单路放大器增益降低较小，约为1dB左右。饱和输出功率约为51dBm，主路放大器202和辅路放大器303中的功放管功率容量得到了充分的利用。图4是本实施例的Doherty功率放大器的效率与输出功率关系图。从图4可知，本实施例的Doherty功率放大器的饱和效率为55％。当功率回退9dBm时，本实施例的Doherty功率放大器的效率为41％，实现了在大功率回退时较高的回退效率。

Claims (6)

1.一种采用多级式辅路放大器的Doherty功率放大器，包括非对称功率分配器(10)、主路放大单元(20)、辅路放大单元(30)和合路器(40)。其特征在于，所述主路放大单元(20)包括主路相位延迟线(201)、主路放大器(202)和主路补偿线(203)。所述辅路放大单元(30)包括辅路相位延迟线(301)、辅路预放大器(302)、辅路放大器(303)和辅路补偿线(304)。所述合路器(40)包括特性阻抗为35欧姆的λ/4阻抗变换线(401)，其中，λ是Doherty功率放大器工作频率对应的波长。

2.按照权利要求1所述的采用多级式辅路放大器的Doherty功率放大器，其特征在于，所述非对称功率分配器(10)将较大功率的第一路信号输出至主路放大单元(20)，将较小功率的第二路信号输出至辅路放大单元(30)。

3.按照权利要求1所述的采用多级式辅路放大器的Doherty功率放大器，其特征在于，所述辅路预放大器(302)将第二路信号预放大后输出至辅路放大器(303)。

4.按照权利要求1所述的采用多级式辅路放大器的Doherty功率放大器，其特征在于，所述辅路预放大器(302)可由一个或者多个放大器组成。

5.按照权利要求1所述的采用多级式辅路放大器的Doherty功率放大器，其特征在于，所述主路放大器(202)通过主路补偿线(203)与合路器(40)中的35欧姆的λ/4阻抗变换线(401)连接。

6.按照权利要求1所述的采用多级式辅路放大器的Doherty功率放大器，其特征在于，所述主路相位延迟线(201)和辅路相位延迟线(301)用于调整第一路信号和第二路信号的相位，使两者在合路器(40)的输入端保持同相位。