CN105450185A - 一种可重构高效率高线性宽带功率放大方法及放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可重构高效率高线性宽带功率放大方法及放大器，放大器中不等分威尔金森功分器的一个输出端接载波功率放大器，另一个输出端接峰值功率放大器，载波功率放大器通过1/4波长阻抗变换器与功率合成器的一个输入端连接，峰值功率放大器的输出端接功率合成器的另一个输入端，功率合成器的输入端接负载调制网络；所述的负载调制网络，在传统的1/4波长传输线后再并联一段1/4波长传输线；拓宽了传统的Doherty的带宽；本发明可极大抑制“有效”负载阻抗随工作频率的漂移，从而提升Doherty放大器带宽这为提升Doherty放大器的整体带宽提供了保证。

Description

一种可重构高效率高线性宽带功率放大方法及放大器
技术领域
本发明涉及一种功率放大器，具体涉及一种可重构高效率高线性宽带功率放大方法及放大器。
背景技术
功率放大器，作为发射机中的末级模块，是整个射频***中功耗最大的部件，它的主要作用是对前级输出的信号进行功率放大，然后将放大后的信号送给天线进行发射。由于功率放大器会消耗很大的直流功率，因此效率是功率放大器设计时首先要考虑的重要指标，同时输出功率、线性度、带宽也是功率放大器的关键指标。这主要体现在这样以下几个方面：(1)功率放大器的带宽。由于现在多种通信标准相互兼容，各自工作频段又不同，出于成本与体积的考虑，要求一个功率放大器能够应用于多个通信***如GSM、CMDA、LTE等，这就要对于整个射频***的带宽提出了更高的要求，特别是对于处于整个射频发射***末级的功率放大器提出了更高的要求。(2)功率放大器的线性度。由于最新通信***如CMDA、LTE等处于日益严峻的通信环境中，在整个信号的传输过程中为了保证误码率等指标，必须提高整个***的线性度，而对于射频发射前端线性度影响最大的器件就是处于末端的功率放大器。(3)功率放大器的效率。由于功率放大器是整个射频发射单元的最后一级，消耗最多的能量，所以就要求功率放大器的效率要尽可能的高。由于现代通信***都以调制信号为主要的传输手段，这就要求功率放大器不仅要在输出最大功率的情况下保持高效率，也要求在功率回退的情况下也有很高的效率。宽带Doherty功率放大器具有在输出功率回退情况下依然能保持高效率的特性，适用于新一代无线通信***中，为了进一步提高更宽带宽内功率放大器的效率，最近出现了一种新的功率放大器工作模式，就是连续F类功率放大器，不同于传统的F类功率放大器对于高次谐波(主要是二次谐波与三次谐波)的严格要求，连续F类功率放大器对高次谐波要求不够高，该模式只要求二、三次谐波电抗和基波阻抗达到一定的关系比例，就可以在更宽的带宽内获得和F类差不多的效率与输出功率。连续F类功率放大器之所以能够获取如此高的原因主要在于恰当的调整高次谐波的阻抗,调整对应谐波的电压和电流,从而对总的电压电流波形进行重塑,使得在时域上不出现电压电流的重叠,在频域上高次谐波功率消耗为零,理论上可以达到100％的效率。在宽带和效率双向要求上面，连续F类的种种优点使得它们成为宽带高效率功放研究的热点。目前宽带Doherty功率放大器里的载波功率放大器和峰值功率放大器都是只考虑到宽带基波匹配并没有考虑到谐波控制对效率的提高，宽带Doherty的研究重点是如何拓宽功率放大器的带宽，尤其是主副功放后1/4波长传输线负载调制网络。如何提高宽带Doherty功率放大器在功率回退情况下的效率是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种可重构高效率高线性宽带功率放大器。
一种可重构高效率高线性宽带功率放大方法；具体包括如下步骤：
步骤一：调试一个标准的连续F类功率放大器作为载波功率放大器；
步骤二：调节载波功率放大器输出端的相位补偿线，使得载波功率放大器在低功率区达到一个高效率点；所述的高效点为载波功率放大器饱和输出时功率回退6dB的效率；
步骤三：加入一个连续F类功率放大器作为峰值功率放大器；
步骤四：调节峰值功率放大器输入端的相位补偿线，保证载波功放与峰值功放的相位一致；
步骤五：在载波和峰值功放后面添加并联1/4短路枝节传输线。
所述的连续F类功放的负载阻抗为50欧。
一种可重构高效率高线性宽带功率放大器，包括不等分威尔金森功分器、载波功率放大器、峰值功率放大器和负载调制网络；
不等分威尔金森功分器的一个输出端接载波功率放大器，另一个输出端接峰值功率放大器，载波功率放大器通过1/4波长阻抗变换器与功率合成器的一个输入端连接，峰值功率放大器的输出端接功率合成器的另一个输入端，功率合成器的输入端接负载调制网络；不等分威尔金森功分器与载波功率放大器连接的输出端，和不等分威尔金森功分器与接峰值功率放大器连接的输出端的功分比1∶1.5；所述的载波功率放大器和峰值功率放大器结构相同，为连续F类功率放大器；
所述的负载调制网络，在传统的1/4波长传输线后再并联一段1/4波长传输线；拓宽了传统的Doherty的带宽；
所述的不等分威尔金森功分器与载波功率放大器之间设有相位补偿线；
所述的峰值功率放大器与功率合成器之间设有相位补偿线。
所述的载波功率放大器与功率合成器之间设有相位补偿线。
有益效果：为了减小主功放与辅助放之间的相位差,上下两个功放采用相同大小的器件及相同的匹配电路，载波和峰值功放都用连续F类控制谐波，在满足一定带宽要求下使得效率得到最大提高。在设计中采用了非等分输入，以保证在要求的带宽内回退点效率有显著提高,同时线性度也得到改善。通过对辅助功放注入更多的功率使其提前开启,一方面遏制了低功率输入区域主功放的深度饱和,另一方面也加强了其在高功率区域对主功放的牵引作用,从而提升了功率放大器在整个功率段、频率段的效率。但是功分比过大也会使主功放无法达到理想的饱和状态,这会严重影响峰值输出及效率。综合考虑各方面因素选择功分比1∶1.5。宽带Doherty功率放大器只需要几段微带线就可以达到预期的设计目标，不需要过于负载的电路结构。由于1/4波长传输线相移量与频率密切相关，故当工作频率偏离中心频率时，相应的调制阻抗亦会偏移最优值，造成放大器性能的衰减。通过在传统结构的基础上添加一条并联的1/4波长短路枝节，可极大抑制“有效”负载阻抗随工作频率的漂移，从而提升Doherty放大器带宽这为提升Doherty放大器的整体带宽提供了保证。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的中连续F类功放的结构示意图。
具体实施方式
一种可重构高效率高线性宽带功率放大方法；具体包括如下步骤：
步骤一：调试一个标准的连续F类功率放大器作为载波功率放大器；
步骤二：调节载波功率放大器输出端的相位补偿线，使得载波功率放大器在低功率区达到一个高效率点；所述的高效点为载波功率放大器饱和输出时功率回退6dB的效率；
步骤三：加入一个连续F类功率放大器作为峰值功率放大器；
步骤四：调节峰值功率放大器输入端的相位补偿线，保证载波功放与峰值功放的相位一致；
步骤五：在载波和峰值功放后面添加并联1/4短路枝节传输线。
所述的连续F类功放的负载阻抗为50欧。
如图1所示，一种可重构高效率高线性宽带功率放大器，包括不等分威尔金森功分器、载波功率放大器、峰值功率放大器和负载调制网络；
不等分威尔金森功分器的一个输出端接载波功率放大器，另一个输出端接峰值功率放大器，载波功率放大器通过1/4波长阻抗变换器与功率合成器的一个输入端连接，峰值功率放大器的输出端接功率合成器的另一个输入端，功率合成器的输入端接负载调制网络；不等分威尔金森功分器与载波功率放大器连接的输出端，和不等分威尔金森功分器与接峰值功率放大器连接的输出端的功分比1∶1.5；所述的载波功率放大器和峰值功率放大器结构相同，为连续F类功率放大器；
所述的负载调制网络，在传统的1/4波长传输线后再并联一段1/4波长传输线；
所述的不等分威尔金森功分器与载波功率放大器之间设有相位补偿线；
所述的峰值功率放大器与功率合成器之间设有相位补偿线。
所述的载波功率放大器与功率合成器之间设有相位补偿线。
如图2所示，连续F类功放包括输入匹配电路、放大器、基波匹配电路和谐波控制电路；
输入匹配电路的输入端接功率输入端，输入匹配电路的输出端接放大器的输入端，放大器的输出端接基波匹配电路的输入端，基波匹配电路的输出端接谐波控制电路的输入端，谐波控制电路的输出端作为功率输出。

Claims (6)

1.一种可重构高效率高线性宽带功率放大方法；其特征在于：
步骤一：调试一个标准的连续F类功率放大器作为载波功率放大器；
步骤二：调节载波功率放大器输出端的相位补偿线，使得载波功率放大器在低功率区达到一个高效率点；所述的高效点为载波功率放大器饱和输出时功率回退6dB的效率；
步骤三：加入一个连续F类功率放大器作为峰值功率放大器；
步骤四：调节峰值功率放大器输入端的相位补偿线，保证载波功放与峰值功放的相位一致；
步骤五：在载波和峰值功放后面添加并联1/4短路枝节传输线。
2.根据权利要求1所述的一种可重构高效率高线性宽带功率放大方法；其特征在于：所述的连续F类功放的负载阻抗为50欧。
3.一种可重构高效率高线性宽带功率放大器，其特征在于：包括不等分威尔金森功分器、载波功率放大器、峰值功率放大器和负载调制网络；
不等分威尔金森功分器的一个输出端接载波功率放大器，另一个输出端接峰值功率放大器，载波功率放大器通过1/4波长阻抗变换器与功率合成器的一个输入端连接，峰值功率放大器的输出端接功率合成器的另一个输入端，功率合成器的输入端接负载调制网络；不等分威尔金森功分器与载波功率放大器连接的输出端，和不等分威尔金森功分器与接峰值功率放大器连接的输出端的功分比1∶1.5；所述的载波功率放大器和峰值功率放大器结构相同，为连续F类功率放大器；
所述的负载调制网络，在传统的1/4波长传输线后再并联一段1/4波长传输线。
4.根据权利要求3所述的一种可重构高效率高线性宽带功率放大器；其特征在于：所述的不等分威尔金森功分器与载波功率放大器之间设有相位补偿线。
5.根据权利要求3所述的一种可重构高效率高线性宽带功率放大器；所述的峰值功率放大器与功率合成器之间设有相位补偿线。
6.根据权利要求3所述的一种可重构高效率高线性宽带功率放大器；所述的载波功率放大器与功率合成器之间设有相位补偿线。
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