CN105871341A - 利用双负铁电材料实现的高线性度多尔蒂功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用双负铁电材料实现的高线性度多尔蒂功率放大器，包括并联连接的主功放模块和辅助功放模块，所述主功放模块的输入端与多尔蒂功率放大器的输入端相对应，所述辅助功放模块的输出端与多尔蒂功率放大器的输出端相对应，所述辅助功放模块的输入端与多尔蒂功率放大器的总输入端之间串联连接有相移模块；所述主功放模块的输出端与多尔蒂功率放大器的总输出端间还串联连接有用于同时补偿在高功率条件下辅助功放模块的AM‑PM失真的双负铁电结构，双均由铁电结构通入可调的直流偏压。本发明利用双负铁电材料结构的电磁带隙特性和慢波效应，通过调整双负铁电结构就可以得到所需要的相位。

Description

利用双负铁电材料实现的高线性度多尔蒂功率放大器
技术领域
本发明涉及微波电路领域，具体涉及一种利用双负铁电材料结构的高线性度多尔蒂功率放大器。
背景技术
随着无线通讯的发展和不断进步，整个无线***对峰均比要求越来越高，因此功放的线性度显得越来越重要，为了获得较高的线性度，通常采用功放回退、前馈和预失真等方法，这些方法将导致功放较低的效率和复杂的结构。在Doherty(多尔蒂)功放方案中，同时获得较高的效率和较好的线性度比较困难的。
目前，为了提高Doherty功放的效率和线性度，N-路和不平衡Doherty功放方案也被研究，然而该方法也比较复杂，它的尺寸和性能在现在无线***基站中的使用将受到很大的限制。Doherty功放中，辅助功放工作于C类，主要的线性失真来源于辅助功放。小功率条件下，不平衡和N-路Doherty功放方案减小辅助功放的线性失真，但是在高功率条件下的相位失真仍然不能解决。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种利用双负铁电材料实现的高线性度多尔蒂功率放大器。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种利用双负铁电材料实现的高线性度多尔蒂功率放大器，包括并联连接的主功放模块1和辅助功放模块2，所述主功放模块的输入端与多尔蒂功率放大器的输入端相对应，所述辅助功放模块的输出端与多尔蒂功率放大器的输出端相对应，所述辅助功放模块的输入端与多尔蒂功率放大器的总输入端之间串联连接有相移模块3；所述主功放模块的输出端与多尔蒂功率放大器的总输出端间还串联连接有用于同时补偿在高功率条件下辅助功放模块的AM-PM失真的双负铁电结构4，双负铁电结构通入可调的直流偏压。
5.进一步，所述双负铁电结构包括若干个依次排列的叉指结构，每个叉指结构通入可调的直流偏压；所述叉指结构包括上叉指结构和下叉指结构，所述上叉指结构和下叉指结构都包括第一叉指部分和第二叉指部分；所述第一叉指部分包括多个相互平行且均匀排列的第一条状叉指单元41，且多个相互平行的第一条状叉指电极之间通过一个与第一条状叉指电极相互垂直的第一条状微带线42连接；所述第二叉指部分包括多个相互平行且均匀排列的第二条状叉指单元411，且多个相互平行的第二条状叉指电极之间通过一个与第二条状叉指电极相互垂直的第二条状微带线412连接；所述第一条状叉指部分与第二条状叉指部分两两交错排列；上叉指结构和下叉指结构的两端连接。
进一步，所述多尔蒂功率放大器的主功放模块、辅助功放模块和相移模块设置于厚度为0.254mm的介质基板上，所述介质基板的介电常数范围为2～5，损耗角正切为≤10-3。
进一步，所述双负铁电结构采用介电常数为100且厚度为0.01mm的铁电钛酸锶钡薄膜铁电材料。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
本发明在将传统的多尔蒂(Doherty)功放中主功放的90°补偿线用新型的双负铁电材料结构替代，实现高线性的Doherty功放；通过改变双负铁电材料的直流偏压，就能够调整主功放的输出相位和传输损耗，实现对辅助功放的相位补偿，同时减少了输出损耗，提高了多尔蒂(Doherty)功放的效率；不需要外加其它复杂电路，实现功放的高线性度，体积小易于与其它微波电路集成，具有很强的实用性及应用前景。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明基于双负铁电材料结构的高线性度多尔蒂功率放大器的电路图；
图2为双负铁电材料的结构图；
图3为叉指结构的结构图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
一种利用双负铁电材料实现的高线性度多尔蒂功率放大器，包括并联连接的主功放模块1和辅助功放模块2，所述主功放模块的输入端与多尔蒂功率放大器的输入端相对应，所述辅助功放模块的输出端与多尔蒂功率放大器的输出端相对应，所述辅助功放模块的输入端与多尔蒂功率放大器的总输入端之间串联连接有相移模块3；所述主功放模块的输出端与多尔蒂功率放大器的总输出端间还串联连接有用于同时补偿在高功率条件下辅助功放模块的AM-PM失真的双负铁电结构4，双负铁电结构通入可调的直流偏压。其中相移模块3具有90°相移，使主功放模块1与辅助功放模块2并联的两路之间具有90°的相位差。
本发明基于双负铁电材料结构的高线性度多尔蒂功率放大器中采用双负铁电材料结构替代主功放模块的90°补偿线，通过改变双负铁电材料结构补偿辅助功放的90°相位差，使主功放输出相位延迟90°，正好补偿辅助功放的90°延迟，实现Doherty功放的特性；同时实现通过灵活调整双负铁电材料结构的直流供电电压，来改变主功放的输出相位和传输损耗。
如图2～3所示，所述双负铁电结构包括若干个依次排列的叉指结构，每个叉指结构通入可调的直流偏压。在本实施例中，双负铁电结构包括三个铁电叉指结构，通过三个铁电叉指结构的耦合作用，实现双负材料的相位变化。同时通过给双负铁电材料单元不同的直流供电，实现输出的相位调整。
6.所述叉指结构包括上叉指结构和下叉指结构，所述上叉指结构和下叉指结构都包括第一叉指部分和第二叉指部分；所述第一叉指部分包括多个相互平行且均匀排列的第一条状叉指单元41，且多个相互平行的第一条状叉指单元之间通过一个与第一条状叉指单元相互垂直的第一条状微带线42连接；所述第二叉指电极包括多个相互平行且均匀排列的第二条状叉指单元411，且多个相互平行的第二条状叉指单元之间通过一个与第二条状叉指单元相互垂直的第二条状微带线412连接；所述第一条状叉指部分与第二条状叉指部分两两交错排列；上叉指结构和下叉指结构的两端连接。
所述多尔蒂功率放大器的主功放模块、辅助功放模块和相移模块设置于厚度为0.254mm的介质基板上，所述介质基板的介电常数范围为2～5，损耗角正切为≤10-3；所述双负铁电结构采用介电常数为100且厚度为0.01mm的铁电钛酸锶钡薄膜铁电材料。
在本实施例中，上叉指结构和下叉指结构等效为可变电容，
该结构的每个单元包括上下2个交指微带传输线等效为可变电容，叉指的长度为l，宽度为w，间隙为S，叉指结构总长度为y，两个叉指结构之间的间距为x。
当通带中心频率是2.4GHz左右，介质基板均采用BST薄膜铁电材料，介电常数100，厚度为0.01mm，直流供电电压120～150伏调整。通过仿真确定双负铁电结构的内部参数初值分别是，l＝0.085mm，w＝0.02mm，s＝0.01mm，x＝0.3mm，y＝0.56mm。
本发明利用双负铁电材料结构的电磁带隙特性和慢波效应，通过调整双负铁电材料的长度、宽度、间隙和叉指结构的间距，就可以得到所需要的相位。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种利用双负铁电材料实现的高线性度多尔蒂功率放大器，其特征在于：包括并联连接的主功放模块(1)和辅助功放模块(2)，所述主功放模块的输入端与多尔蒂功率放大器的输入端相对应，所述辅助功放模块的输出端与多尔蒂功率放大器的输出端相对应，所述辅助功放模块的输入端与多尔蒂功率放大器的总输入端之间串联连接有相移模块(3)；所述主功放模块的输出端与多尔蒂功率放大器的总输出端间还串联连接有用于同时补偿在高功率条件下辅助功放模块的AM-PM失真的双负铁电结构(4)，双负铁电结构通入可调的直流偏压。
2.根据权利要求1所述的利用双负铁电材料实现的高线性度多尔蒂功率放大器，其特征在于：所述双负铁电结构包括若干个依次排列的叉指结构，每个叉指结构通入可调的直流偏压；所述叉指结构包括上叉指结构和下叉指结构，所述上叉指结构和下叉指结构都包括第一叉指部分和第二叉指部分；所述第一叉指部分包括多个相互平行且均匀排列的第一条状叉指单元(41)，且多个相互平行的第一条状叉指单元之间通过一个与第一条状叉指单元相互垂直的第一条状微带线(42)连接；所述第二叉指部分包括多个相互平行且均匀排列的第二条状叉指单元(411)，且多个相互平行的第二条状叉指单元之间通过一个与第二条状叉指单元相互垂直的第二条状微带线(412)连接；所述第一条状叉指部分与第二条状叉指部分两两交错排列；上叉指结构和下叉指结构的两端连接。
3.根据权利要求2所述的利用双负铁电材料实现的高线性度多尔蒂功率放大器，其特征在于：所述多尔蒂功率放大器的主功放模块、辅助功放模块和相移模块设置于厚度为0.254mm的介质基板上，所述介质基板的介电常数范围为2～5，损耗角正切为tgσ≤10-3。
4.根据权利要求3所述的利用双负铁电材料实现的高线性度多尔蒂功率放大器，其特征在于：所述双负铁电结构采用介电常数为100且厚度为0.01mm的铁电钛酸锶钡薄膜铁电材料。
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