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1. CN102394569 - 一种高效率Doherty功放

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一种高效率Doherty功放


技术领域
本发明涉及移动通信领域,主要是一种高效率Doherty功放。
背景技术
当前,节能降耗是全球的热点。移动通信产品也要求是绿色产品。通信产品效率的高低,直接影响到通信产品的成本、性能、体积等指标,也是产品的核心竞争力。射频功率放大器的能耗在基站、直放站总体能耗的60%以上。所以提高射频功率放大器的效率是该领域的热点和难点。Doherty放大器技术是目前提高效率最有效的技术。传统的Doherty放大器是由两个同一类型封装独立的放大管来做载波功率放大器和峰值功率放大器。由于器件的离散性,导致载波功放和峰值功放的输入驻波不一样,造成两个支路输出功率合成时幅度和相位不匹配,会严重降低整个功放的线性和效率指标。影响批量生产时的一致性。
发明内容
本发明的目的正是要克服上述技术的不足,而提供一种高效率Doherty功放,即一种高效的Doherty射频功率放大器,能有效提高射频功率放大器的效率。同时在Doherty结构中功率分配电桥的隔离端增加非线性匹配网络,可以大大提高批量生产的一致性。
本发明所要解决的技术问题是功放管的离散性影响射频功率放大器的线性和效率指标。
本发明解决其技术问题采用的技术方案:这种高效率Doherty功放,包括驱动功放和末级功放,其中驱动功放由功分电桥1、驱动功放1、驱动功放2、非线性网络1、合路器1和负载组成平衡放大结构;末级功放由功分电桥2、非线性网络2、载波功放、峰值功放和合路器2组成Doherty放大结构,载波功放输入端和功分电桥2的同相输出端相连,峰值功放输入端和功分电桥2的90度相移输出端相连;所述的驱动功放1、驱动功放2和载波功放,通过LDMOS放大管实现,并且偏置在B类放大状态,驱动功放1和驱动功放2具有一样的射频性能,也就是说是由同一个LDMOS管实现。所述的峰值功放,通过LDMOS放大管实现,并且偏置在C类放大状态,峰值功放的饱和功率大约是载波功放的饱和功率的1.5倍,这样可以保证功放在回退8dB时具有非常高的效率。非线性网络1与功分电桥1的隔离端相连, 非线性网络2与功分电桥2的隔离端相连;所述负载由50欧姆电阻实现,与合路器1的隔离端相连。驱动功放1和驱动功放2都工作在B类偏置,这样可以提高驱动功放的线性和效率性能。载波功放工作在B类偏置,峰值功放工作在C类偏置,并且采用非对称Doherty结构,大大提高末级功放在8dB回退时效率。驱动功放和末级功放都处于高效率工作状态,实现对高峰均值比信号的高效率放大。同时在Doherty结构中功率分配电桥的隔离端增加非线性匹配网络,可以大大提高批量生产的一致性。
所述的驱动功放1和驱动功放2用于将一路射频信号等功率分成相移相差90度的两路射频信号。
所述的非线性网络1和非线性网络2由电容、电阻和50欧姆微带线组成的非线性网络。非线性网络1与功分电桥1的隔离端相连、非线性网络2与功分电桥2的隔离端相连。非线性网络的阻抗不一样,使得功分电桥的功率分配比和相移差也不一样。
所述的合路器1由3dB电桥实现,用于将两路功率相等、相移相差90度的射频信号功率合成到一路射频信号。
所述的合路器2用于末级功放两路射频信号的功率合成,还有阻抗变换的功能,在峰值功放关闭时,把载波功放的输出阻抗变换到120欧姆;在峰值功放完全打开时,把载波功放的输出阻抗变换到50欧姆。
所述的驱动功放,LDMOS放大管偏置在B类的平衡放大结构,兼顾线性和效率等射频特性。通过改变非线性网络1的阻抗,来改变分配到驱动功放1和驱动功放2输入端信号的幅度和相位差,可以弥补各射频器件的离散性,使平衡放大结构的驱动功放达到最佳性能。
所述的末级功放,采用非对称Doherty结构。载波功放输入端和功分电桥2的同相输出端相连,峰值功放输入端和功分电桥2的90度相移输出端相连。通过改变非线性网络2的阻抗,来改变分配到载波功放和峰值功放输入端信号的幅度和相位差,可以弥补各射频器件的离散性,使末级功放达到最佳性能。
本发明有益的效果是:本发明提出一种高效Doherty功放,能有效提高射频功率放大器的效率。同时在Doherty结构中功率分配电桥的隔离端增加非线性匹配网络,可以大大提高批量生产的一致性,节约生产成本。
附图说明
附图1是本发明原理框图;
附图2是本发明驱动功放原理框图;
附图3是本发明末级功放原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面结合附图及举例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的举例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明是一种高效率Doherty功放,包括驱动功放和末级功放。其中驱动功放由功分电桥1、驱动功放1、驱动功放2、非线性网络1、合路器1和负载组成平衡放大结构;末级功放由功分电桥2、非线性网络2、载波功放、峰值功放和合路器2组成Doherty放大结构。驱动功放1和驱动功放2都工作在B类偏置,这样可以提高驱动功放的线性和效率性能。载波功放工作在B类偏置,峰值功放工作在C类偏置,并且采用非对称Doherty结构,大大提高末级功放在8dB回退时效率。驱动功放和末级功放都处于高效率工作状态,实现对高峰均值比信号的高效率放大。
驱动功放采用平衡放大结构(附图2所示)。功分电桥1将一路射频信号等功率分成相移相差90度的两路射频信号。功分电桥1的同相输出端与驱动功放2的输入端相连,功分电桥1的90度相移输出端和驱动功放1的输入端相连。驱动功放1和驱动功放2由同一型号的LDMOS放大管来实现,具有一样的射频性能。驱动功放1、驱动驱动功放1和驱动功放2偏置在B类,能有效提高驱动功放的效率。合路器1,由3dB电桥实现,将驱动功放两个支路路功率相等、相移相差90度的射频信号功率合成到一路射频信号。驱动功放1的输出端和合路器1的同相输入端相连,驱动功放2的输出端和合路器2的90度相移输入端相连,合路器1的隔离端接50欧姆负载。由于驱动功放1、驱动功放2的LDMOS放大管具有离散性,批量生产时它们的输入驻波会有差异,影响功分电桥1的功率分配和两支路相移特性,所以在功分电桥1的隔离端接非线性网络1。非线性网络1由50欧姆微带线、电阻、电容组成。改变微带线的长度、电阻电容的大小就可以改变功分电桥1两输出支路的功率分配和相移差,从而实现和两支路LDMOS放大管的精确匹配,提高性能。驱动功放采用平衡放大结构,还能有效保证驱动功放的输入输出驻波良好,降低级间匹配的难度,提高生产效率。
末级功放(如附图3所示),采用非对称Doherty结构。功分电桥2将驱动功放的输出射频信号等功率分成相移相差90度的两路射频信号。功分电桥2的同相输出端与载波功放的输入端相连,功分电桥2的90度相移输出端和峰值功放的输入端相连。载波功放和峰值功放,都是通过LDMOS放大管实现。载波功放偏置的B类放大状态,峰值功放偏置在C类放大状态。峰值功放的饱和功率大约是载波功放的饱和功率的1.5倍,这样可以保证功放在回退8dB时具有非常高的效率。比如说载波功放的饱和功率为C,峰值功放的饱和功率为P,则具有最高效率的功率回退点为20×log((P+C)/C)。合路器2,由两段四分之一波长的微带线组成,一段是50欧姆阻抗,另一段是32欧姆阻抗,实现末级功放两个支路射频信号的功率合成,还有阻抗变换的功能。在峰值功放关闭时,两段四分之一波长的微带线把载波功放的输出阻抗变换到120欧姆;在峰值功放完全打开时,把载波功放的输出阻抗变换到50欧姆。由于载波功放、峰值功放的LDMOS放大管具有离散性,批量生产时它们的输入驻波会有差异,影响功分电桥2的功率分配和两支路相移特性,所以在功分电桥2的隔离端接非线性网络2。非线性网络2由50欧姆微带线、电阻、电容组成。改变微带线的长度、电阻电容的大小就可以改变功分电桥2两输出支路的功率分配和相移差,从而使载波功放支路和峰值功放支路在功率合成时具有精确幅度和相位匹配,提高末级功放的线性和效率性能。
驱动功放的输出端和末级功放的输入端都是3dB功放电桥,可以有效保证各自端口的驻波良好。这样在驱动功放和末级功放之间就不需要增加额外的隔离器来保证级间匹配良好,可以降低成本。
可以理解的是,对本领域技术人员来说,对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。