CN104917472A - 功放电路、功率放大装置及其宽带匹配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种功放电路、功率放大装置及其宽带匹配方法，该功放电路包括功率分配单元、主放大单元、功率合成单元及与主放大单元并联的至少一个辅助放大单元，输入信号经功率分配单元分配后分别输出至主放大单元及辅助放大单元，经主放大单元及辅助放大单元放大后的若干路信号再经功率合成单元合成为一路信号后输出，主放大单元和/或至少一个辅助放大单元与功率合成单元之间串联有一阻抗变换线，还包括串联在主放大单元和/或至少一个辅助放大单元支路上的相位补偿单元，相位补偿单元与阻抗变换线的相位特性相同，用于抵消阻抗变换线带来的高低频点相位差。本发明提高了输出功率及效率，扩展了功放电路的带宽，且结构十分简单，成本较低。

Description

功放电路、功率放大装置及其宽带匹配方法
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种功放电路、功率放大装置及其宽带匹配方法。
背景技术
目前，随着市场竞争的日益激烈，基站产品的性能高低成为业内竞争的主要焦点。基于统一平台的多模一体化基站的出现，使多制式技术体系无缝融合，使GSM、WCDMA、HSPA/HSPA+和LTE统一基站成为现实，实现了基站共享，既能解决现有投资的长期保护问题，帮助运营商向未来平滑演进，又能对现网落后淘汰的2G设备进行反向替代和优化，节省了大量成本。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。基站的多模一体化对功放的要求变得更高，各种制式信号的频段不同要求功放具有很宽的带宽，因此，宽带功放成为目前研究的热点。
现有基站功放中应用最广的就是Doherty（多赫蒂）功放，如图1所示，传统的Doherty功放由2到多个功放管组成，分为主功放PA1和辅助功放PA2。输入信号经电桥分离开分别送入主功放PA1和辅助功放PA2，经放大后再合成为一路。为了补偿电桥带来的90°相位差，在功放的输出需要通过1/4波长微带线进行相位对齐。但是因为1/4波长微带线具有频率特性，只能针对某一个频点进行对齐，而其他频点的相位就有一定程度的偏差，对于普通窄带功放相位偏差影响不是很明显，但对于宽带功放，相位偏差可能达到10°甚至更高，这时，相位偏差对功率和效率的损失会造成较大的影响。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种功放电路、功率放大装置及其宽带匹配方法，旨在提高功放电路的带宽及效率。
为了达到上述目的，本发明提出一种功放电路，包括功率分配单元、主放大单元、功率合成单元以及与所述主放大单元并联的至少一个辅助放大单元，输入信号经功率分配单元分配后分别输出至主放大单元及辅助放大单元，经主放大单元及辅助放大单元放大后的若干路信号再经功率合成单元合成为一路信号后输出，所述主放大单元和/或至少一个辅助放大单元与所述功率合成单元之间串联有一阻抗变换线，该功放电路还包括：串联在所述主放大单元和/或至少一个辅助放大单元支路上的相位补偿单元，所述相位补偿单元与所述阻抗变换线的相位特性相同，用于抵消所述阻抗变换线带来的高低频点相位差。
优选地，所述主放大单元的输入端与所述功率分配单元的输出端之间、所述主放大单元的输出端与所述功率合成单元之间、所述辅助放大单元的输入端与所述功率分配单元的输出端之间以及所述辅助放大单元的输出端与所述功率合成单元之间均连接有补偿线。
优选地，所述功率分配单元包括电桥，所述电桥的输入端接收输入信号，所述电桥的两路输出端分别与主放大单元、辅助放大单元连接。
优选地，所述主放大单元包括主放大器，所述辅助放大单元包括辅助放大器，所述主放大器的输入端与所述电桥的输出端之间、所述主放大器的输出端与所述功率合成单元之间、所述辅助放大器的输入端与所述电桥的输出端之间以及所述辅助放大器的输出端与所述功率合成单元之间均连接有补偿线。
优选地，所述阻抗变换线为1/4波长微带线，所述1/4波长微带线连接在所述主放大器与所述功率合成单元之间。
优选地，所述相位补偿单元连接在所述电桥的输出端与所述辅助放大器的输入端之间。
优选地，所述相位补偿单元包括主传输线、旁路电容和旁路微带线，所述主传输线的一端与所述电桥的输出端连接，所述主传输线的另一端经补偿线与所述辅助放大器的输入端连接；所述旁路电容的一端连接在所述主传输线上，所述旁路电容的另一端接地；所述旁路微带线的一端连接在所述主传输线上，所述旁路微带线的另一端接地或悬空。
优选地，所述相位补偿单元还包括相位补偿微带线，所述相位补偿微带线与所述主传输线串联后连接在所述电桥的输出端与所述辅助放大器的输入端之间。
本发明还提出一种功率放大装置，包括如上所述的功放电路。
本发明又提出一种如上所述的功率放大装置的宽带匹配方法，包括：
功率分配单元将输入信号分配为相位差为90°的若干路信号后分别输出至主放大单元及辅助放大单元进行放大；
由阻抗变换线针对主放大单元及辅助放大单元放大后的若干路信号的90°相位差进行相位对齐，产生高低频点相位差；
通过相位补偿单元抵消高低频点相位差，其中，所述相位补偿单元的相位特性与所述阻抗变换线的相位特性相同；
功率合成单元将抵消了高低频点相位差的若干路信号合成为一路信号后输出。
本发明提出的一种功放电路、功率放大装置及其宽带匹配方法，通过在主放大单元和/或至少一个辅助放大单元上串联一与阻抗变换线的相位特性相同的相位补偿单元，来抵消阻抗变换线带来的高低频点相位差，使功放电路整个频带内的高低频点的相位都可以实现相位对齐，减少了功率损耗，从而提高了输出功率及效率，扩展了功放电路的带宽，且该相位补偿单元的结构十分简单，成本较低。
附图说明
图1是现有的传统Doherty功放的电路图；
图2是本发明功放电路一实施例的结构示意图；
图3是本发明功放电路一实施例的电路图。
为了使本发明的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种功放电路，参照图2，该功放电路包括功率分配单元1、主放大单元2、功率合成单元4以及与所述主放大单元2并联的至少一个辅助放大单元3，输入信号经功率分配单元1分配后分别输出至主放大单元2及辅助放大单元3，经主放大单元2及辅助放大单元3放大后的若干路信号再经功率合成单元4合成为一路信号后输出，所述主放大单元2和/或至少一个辅助放大单元3与所述功率合成单元4之间串联有一阻抗变换线5，图中仅以阻抗变换线5串联在主放大单元2与所述功率合成单元4之间示意，但对阻抗变换线5在电路中的位置不进行限定。
该功放电路还包括：串联在所述主放大单元2和/或至少一个辅助放大单元3支路上的相位补偿单元6，图中仅以相位补偿单元6串联在辅助放大单元3支路上示意，但对相位补偿单元6在电路中的位置不进行限定。所述相位补偿单元6与所述阻抗变换线5的相位特性相同，用于抵消所述阻抗变换线5带来的高低频点相位差。本实施例通过在主放大单元2和/或至少一个辅助放大单元3上串联一与阻抗变换线5的相位特性相同的相位补偿单元6，来抵消阻抗变换线5带来的高低频点相位差，使功放电路整个频带内的高低频点的相位都可以实现相位对齐，减少了功率损耗，从而提高了输出功率及效率，扩展了功放电路的带宽。
参照图3，图3是本发明功放电路一实施例的电路图；所述主放大单元2的输入端与所述功率分配单元1的输出端之间、所述主放大单元2的输出端与所述功率合成单元4之间、所述辅助放大单元3的输入端与所述功率分配单元1的输出端之间以及所述辅助放大单元3的输出端与所述功率合成单元4之间均连接有补偿线Offset。
其中，所述功率分配单元1包括电桥，需要说明的是，本实施例中的电桥可以是3dB、5dB或其他规格的电桥，在此不作限定，为了便于说明，本实施例中仅以该电桥为3dB电桥为例进行说明。所述3dB电桥的输入端接收输入信号，所述3dB电桥的两路输出端分别与主放大单元2、辅助放大单元3连接。
所述主放大单元2包括主放大器PA3，所述辅助放大单元3包括辅助放大器PA4，所述主放大器PA3的输入端与所述3dB电桥的输出端之间、所述主放大器PA3的输出端与所述功率合成单元4之间、所述辅助放大器PA4的输入端与所述3dB电桥的输出端之间以及所述辅助放大器PA4的输出端与所述功率合成单元4之间均连接有补偿线Offset。
所述阻抗变换线5为1/4波长微带线，所述1/4波长微带线连接在所述主放大器PA3与所述功率合成单元4之间。
所述相位补偿单元6连接在所述3dB电桥的输出端与所述辅助放大器PA4的输入端之间。所述相位补偿单元6包括主传输线61、旁路电容62和旁路微带线63，所述主传输线61的一端与所述3dB电桥的输出端连接，所述主传输线61的另一端经补偿线Offset与所述辅助放大器PA4的输入端连接；所述旁路电容62的一端连接在所述主传输线61上，所述旁路电容62的另一端接地；所述旁路微带线63的一端连接在所述主传输线61上，所述旁路微带线63的另一端接地或悬空。
输入信号经3dB电桥分离开后分别送入主放大器PA3和辅助放大器PA4，经放大后再合成为一路，由此，经3dB电桥分离开的两路信号会有90°相位差，该90°相位差是由3dB电桥带来的，为了补偿3dB电桥带来的90°相位差，在主放大器PA3的输出设置有1/4波长微带线来进行相位对齐。但是由于1/4波长微带线具有频率特性，只能针对某一个频点进行对齐，而其他频点的相位就有一定程度的偏差，这样，在1/4波长微带线补偿了3dB电桥带来的90°相位差的同时，也会带来高低频点相位差的问题，本实施例中，在所述3dB电桥的输出端与所述辅助放大器PA4的输入端之间设置相位补偿单元6，该相位补偿单元6的相位特性曲线斜率和1/4波长微带线的相位特性曲线斜率相同，可以将高低频点的相位误差抵消，从而保证该功放电路的中心频点相位对齐，也即所有频点的相位均得到对齐。具体地，可通过仿真软件的辅助设计来设置相位补偿单元6中主传输线61、旁路微带线63的尺寸大小及旁路电容62的电容值大小，从而通过改变微带尺寸和电容值来调整相位补偿单元6的相位补偿斜率和端口驻波，使该相位补偿单元6的相位特性曲线斜率和1/4波长微带线的相位特性曲线斜率相同。其中，主传输线61的最小尺寸受旁路电容62焊盘的限制，最小不能小于旁路电容62焊盘。旁路微带线63的长宽、旁路电容62电容的取值对相位的斜率特性和端口驻波影响较大。
进一步地，若相位补偿单元6的斜率特性满足要求即与1/4波长微带线的相位特性曲线斜率相同，但中心频点的相位较为接近而不为零时，可在相位补偿单元6中增加一小段相位补偿微带线，该相位补偿微带线与相位补偿单元6中的主传输线61串联后连接在所述3dB电桥的输出端与所述辅助放大器PA4的输入端之间，以保证中心频点相位为零，这样，能在不改变中心频点的相位的同时，抵消高低频点的相位误差，减少了功率损耗，从而提高了输出功率及效率，且该相位补偿单元6的结构十分简单，易于实现，其尺寸小、性能优、可靠性高、生产性好，有效地扩展了功放电路的带宽。
本发明还提出一种功率放大装置，该功率放大装置包括上述功放电路，该功放电路的电路结构和原理可参照前述，在此不再赘述。由于采用了上述功放电路，提高了输出功率及效率，扩展了功放电路的带宽，能满足实际应用中基站对功率放大装置的要求。
本发明又提出一种上述功率放大装置的宽带匹配方法，该方法包括：先由功率分配单元1将输入信号分配为相位差为90°的若干路信号后分别输出至主放大单元2及辅助放大单元3进行放大；再由阻抗变换线5针对主放大单元2及辅助放大单元3放大后的若干路信号的90°相位差进行相位对齐，产生高低频点相位差；通过相位补偿单元6抵消高低频点相位差，其中，所述相位补偿单元6的相位特性与所述阻抗变换线5的相位特性相同；最后，功率合成单元4将抵消了高低频点相位差的若干路信号合成为一路信号后输出。具体地，通过相位补偿单元6抵消高低频点相位差的步骤中，首先获取所述阻抗变换线5的相位特性；再基于所述阻抗变换线5也即1/4波长微带线的相位特性通过仿真软件设置所述相位补偿单元6中主传输线61、旁路微带线63的尺寸及旁路电容62的电容值大小，以使所述相位补偿单元61的相位特性与1/4波长微带线相同，抵消1/4波长微带线带来的高低频点相位差，从而提高输出功率及效率。
上述功放电路、功率放大装置及其宽带匹配方法，通过在主放大单元和/或至少一个辅助放大单元上串联一与阻抗变换线的相位特性相同的相位补偿单元，来抵消阻抗变换线带来的高低频点相位差，使功放电路整个频带内的高低频点的相位都可以实现相位对齐，减少了功率损耗，从而提高了输出功率及效率，扩展了功放电路的带宽，且该相位补偿单元的结构十分简单，成本较低。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种功放电路，包括功率分配单元、主放大单元、功率合成单元以及与所述主放大单元并联的至少一个辅助放大单元，输入信号经功率分配单元分配后分别输出至主放大单元及辅助放大单元，经主放大单元及辅助放大单元放大后的若干路信号再经功率合成单元合成为一路信号后输出，所述主放大单元和/或至少一个辅助放大单元与所述功率合成单元之间串联有一阻抗变换线，其特征在于，该功放电路还包括：串联在所述主放大单元和/或至少一个辅助放大单元支路上的相位补偿单元，所述相位补偿单元与所述阻抗变换线的相位特性相同，用于抵消所述阻抗变换线带来的高低频点相位差。
2.根据权利要求1所述的功放电路，其特征在于，所述主放大单元的输入端与所述功率分配单元的输出端之间、所述主放大单元的输出端与所述功率合成单元之间、所述辅助放大单元的输入端与所述功率分配单元的输出端之间以及所述辅助放大单元的输出端与所述功率合成单元之间均连接有补偿线。
3.根据权利要求2所述的功放电路，其特征在于，所述功率分配单元包括电桥，所述电桥的输入端接收输入信号，所述电桥的两路输出端分别与主放大单元、辅助放大单元连接。
4.根据权利要求3所述的功放电路，其特征在于，所述主放大单元包括主放大器，所述辅助放大单元包括辅助放大器，所述主放大器的输入端与所述电桥的输出端之间、所述主放大器的输出端与所述功率合成单元之间、所述辅助放大器的输入端与所述电桥的输出端之间以及所述辅助放大器的输出端与所述功率合成单元之间均连接有补偿线。
5.根据权利要求4所述的功放电路，其特征在于，所述阻抗变换线为1/4波长微带线，所述1/4波长微带线连接在所述主放大器与所述功率合成单元之间。
6.根据权利要求4或5所述的功放电路，其特征在于，所述相位补偿单元连接在所述电桥的输出端与所述辅助放大器的输入端之间。
7.根据权利要求6所述的功放电路，其特征在于，所述相位补偿单元包括主传输线、旁路电容和旁路微带线，所述主传输线的一端与所述电桥的输出端连接，所述主传输线的另一端经补偿线与所述辅助放大器的输入端连接；所述旁路电容的一端连接在所述主传输线上，所述旁路电容的另一端接地；所述旁路微带线的一端连接在所述主传输线上，所述旁路微带线的另一端接地或悬空。
8.根据权利要求7所述的功放电路，其特征在于，所述相位补偿单元还包括相位补偿微带线，所述相位补偿微带线与所述主传输线串联后连接在所述电桥的输出端与所述辅助放大器的输入端之间。
9.一种功率放大装置，其特征在于，包括权利要求1至8中任意一项所述的功放电路。
10.一种如权利要求9所述的功率放大装置的宽带匹配方法，其特征在于，包括：
功率分配单元将输入信号分配为相位差为90°的若干路信号后分别输出至主放大单元及辅助放大单元进行放大；
由阻抗变换线针对主放大单元及辅助放大单元放大后的若干路信号的90°相位差进行相位对齐，产生高低频点相位差；
通过相位补偿单元抵消高低频点相位差，其中，所述相位补偿单元的相位特性与所述阻抗变换线的相位特性相同；
功率合成单元将抵消了高低频点相位差的若干路信号合成为一路信号后输出。
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