一种并发结构Doherty功率放大器及其设计方法技术

本发明专利技术属于无线通信技术领域，具体涉及一种应用于无线通信系统中的并发结构Doherty功率放大器及其设计方法。该放大器，包含N个并联通路，2≤N，每个通路分别包含依次连接的输入滤波器模块，Doherty放大器模块和输出滤波器模块。通过输入滤波器模块分离输入信号的频段，实现信号的分离并分配到对应Doherty放大器模块的输入匹配网络；输出滤波器模块，用于各路之间不同频率信号的输出隔离并消除串扰。本发明专利技术设计方法的匹配网络简洁，可实现媲美窄带的效果，充足的N带并发输出功率，对谐波的灵活控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种应用于无线通信系统中的并发结构Doherty功率放大器及其设计方法。
技术介绍
在无线通信系统中，发射机中功率放大器的作用越来越重要，而功率、带宽、效率增益、线性度始终是功率放大器最关键的因素。随着无线通信系统的急速发展，对于功率放大器的要求也日益增多，如线性功放、宽带功放和高回退功放等等。近年来，现代通信系统的引入极大的推进了双带以及多带功率放大器的发展，尤其是工作于基站的功率放大器。Doherty功率放大器由于其优越的回退效率和线性，成为了宽带高峰均比信号的情况下设计放大器的首选。非单带功放，尤其是双带Doherty功放的应用，对于硬件及软件产生了极大的节省，这些又反过来推动了学者们对于无线通信系统中双带功率放大器的研究。很多学者在研究双带及多带Doherty功放，也取得了很多成果。多带Doherty与宽带Doherty功放相比，首先，受限于Doherty自身的负载调制结构，宽带Doherty功放本身就很难实现，若要在一个宽的频带范围内实现对每一个频点的最优匹配则几乎是不可能的，而且并非整个带宽内均是通信系统的使用频点，而双带Doherty功放提供了一个在限制频带内对双拼载波最优控制的一个解决方案，从而可以使通信系统在两个通带内获得更好的效果以提升整个系统的性能。此外，在多模多带电路系统中，多带功放更具有优势，尤其是系统不同通带相差较远的情况。即便双带Doherty功放仅涉及两个工作频段，但是在实际应用中，若仅考虑基波和二次谐波时，双带Doherty功率放大器的输出匹配网络应当至少在四个频点满足最优阻抗。传统双带Doherty放大器的负载调整部分、相位补偿线以及功率分配器的设计需要考虑同时满足两个频段的网络特性，设计难度极大，而且实现效果较差。同时，负载调制在射频天线之前，谐波就应当被抑制。对于传统双带Doherty功放而言，就意味着在至少四个频点实现最优阻抗匹配，并抑制谐波，这样的输出匹配网络、负载调制以及相位补偿线是很难实现的，尤其是当双带Doherty功放的一个通带的谐波频率与另一个通带的基波频率接近甚至重合的情况，即使实现，也是在损失功率放大器的其他指标为代价的前提下实现的。现有的双带Doherty功率放大器技术如：P.Saad,P.Colantonio,L.Piazzon,F.Giannini,K.Andersson,and C.Fager,“Design of a concurrent dual-band 1.8-2.4-ghz gan-hemt doherty power amplifier,”Microwave Theory and Techniques,IEEE Transactions on,vol.60,no.6,pp.
1840–1849,June 2012.中所报道，两个通带分别为1.8GHz和2.4GHz，增益分别为11.8dB和10dB，两个通带内输出功率均为43dBm，输出回退6dB后的漏极效率分别为60％和44％，漏极饱和效率分别为64％和54％。
技术实现思路
针对上述存在问题或不足，本专利技术提供了一种并发结构Doherty放大器，该并发结构Doherty放大器的设计方法可简化非单带Doherty功放设计的复杂度，以实现非单带Doherty功率放大器。该并发结构Doherty功率放大器，包含N个并联通路，2≤N，每个通路分别包含依次连接的输入滤波器模块，Doherty放大器模块和输出滤波器模块。所述输入滤波器模块，由一个滤波器构成，用于分离输入信号的频段，实现信号的分离并分配到对应频率功率放大器的输入匹配网络，来确保滤除该路功率放大器工作频率外的信号。所述Doherty放大器模块是传统单带结构的Doherty功率放大器，包括：功率分配器、主路输入匹配网络、主路晶体管、主路输出匹配网络、辅路输入匹配网络、辅路晶体管、辅路输出匹配网络、负载调制电路和相位修正电路。各电路与输入滤波器模块的应用频率对应。所述输出滤波器模块，由一个滤波器构成，用于各路之间不同频率信号的输出隔离并消除串扰。上述N个通路的输入滤波器模块构成一个输入滤波网络，经整合端接信号输入端，输出滤波器模块构成一个输出滤波网络经整合端接信号输出端。其信号传递过程为：输入信号首先经过信号输入端传至输入滤波网络，输入滤波网络中的各频段输入滤波器模块把输入信号按频段进行分离。接下来，分离后的信号将被并行分配到相应频率功率Doherty放大器模块的输入匹配网络模块，经Doherty放大器模块处理。然后从Doherty放大器模块的输出匹配网络传递至对应的输出滤波器模块，以实现各路之间信号的输出隔离、消除串扰以及信号合成。最后各路并行信号在信号输出端实现合成。其设计方法包括：步骤1、设计输入滤波网络L1～LN分离输入信号中的各频段，实现信号的分离并分配到相应频率功率Doherty放大器模块的输入匹配网络，LN为支路N的输入滤波器模块；步骤2、A1～AN分别作为相应频段信号的Doherty放大器模块。步骤3、设计输出滤波网络H1～HN用于各路之间不同频率信号的输出隔离，消除各路之间的信号串扰，HN为支路N的输出滤波器模块。步骤4、将输入滤波器模块、Doherty放大器模块和输出滤波器模块依次按照LM-AM-HM对应级联构成各个通路，再将各通路并联，其中1≤M≤N，2≤N。步骤5、将各通路并联后，输入滤波网络的整合端接信号输入端，输出滤波网络的整合端接信号输出端。本专利技术的并发结构Doherty功率放大器通过在各路的输入端口处分别设置输入滤波器，来隔离其余频段的信号以保证每一路仅有该路频段的信号可以进入，并在各路的输出端口处设置滤波器用于各路之间不同频率信号的输出隔离并消除串扰。通过这种设计的方法，并发Doherty功率放大器的各路可以分别进行设计，以在每个通带均实现可以媲美窄带Doherty功率放大器的效果。首先，对于谐波的更好抑制。整个并发结构Doherty功率放大器包含有N个通路，每个通路分别包含一个独立设计工作在相应频段的放大器，以及两个对应的滤波器，来确保滤除该路功率放大器工作频率外的信号。因此，放大器产生的谐波信号可以更好的得到抑制，而交调分量则根本不会产生。其次，每路两个滤波器可对每路的Doherty功率放大器进行单独设计而互不影响，极大的避免了传统N带Doherty放大器的N带负载调整部分的设计、相位补偿线的设计和功率分配器的设计需要考虑同时满足N个频段的网络特性，设计难度极大，而且实现效果较差。使得该并发结构N带Doherty功放中每路Doherty功放的设计效果和一般单带Doherty功放所能达到的效果相当从而提升N带Doherty功放的性能。最后，当在该并发结构N带Doherty功率放大器的输入端施加N带并发的情况下，该并发结构N带Doherty功率放大器比一般结构N带Doherty功率放大器能保证更加稳定的放大器增益与输出功率，尤其是输入的N带信号均为大功率信号时，该并发结构N带Doherty所能提供的输出功率是一般结构N带Doherty功率放大器的N倍。为了抑制交调分量和二次谐波，并发结构N带Doherty功率放大器每一路的输入输出匹配网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并发结构Doherty功率放大器，包含N个并联通路，2≤N，其特征在于：每个通路分别包含依次连接的输入滤波器模块，Doherty放大器模块和输出滤波器模块；所述输入滤波器模块，由一个滤波器构成，用于分离输入信号的频段，实现信号的分离并分配到对应频率功率放大器的输入匹配网络，来确保滤除该路功率放大器工作频率外的信号；所述Doherty放大器模块是传统单带结构的Doherty功率放大器，包括：功率分配器、主路输入匹配网络、主路晶体管、主路输出匹配网络、辅路输入匹配网络、辅路晶体管、辅路输出匹配网络、负载调制电路和相位修正电路，各电路与输入滤波器模块的应用频率对应；所述输出滤波器模块，由一个滤波器构成，用于各路之间不同频率信号的输出隔离并消除串扰；上述N个通路的输入滤波器模块构成一个输入滤波网络经整合端接信号输入端，输出滤波器模块构成一个输出滤波网络经整合端接信号输出端。

【技术特征摘要】
1.一种并发结构Doherty功率放大器，包含N个并联通路，2≤N，其特征在于：每个通路分别包含依次连接的输入滤波器模块，Doherty放大器模块和输出滤波器模块；所述输入滤波器模块，由一个滤波器构成，用于分离输入信号的频段，实现信号的分离并分配到对应频率功率放大器的输入匹配网络，来确保滤除该路功率放大器工作频率外的信号；所述Doherty放大器模块是传统单带结构的Doherty功率放大器，包括：功率分配器、主路输入匹配网络、主路晶体管、主路输出匹配网络、辅路输入匹配网络、辅路晶体管、辅路输出匹配网络、负载调制电路和相位修正电路，各电路与输入滤波器模块的应用频率对应；所述输出滤波器模块，由一个滤波器构成，用于各路之间不同频率信号的输出隔离并消除串扰；上述N个通路的输入滤波器模块构成一个输入滤波网络经整合端接信号输入端，输出滤波器模块构成一个输出滤波网络经整合端接信号输出端。2.如权利要求1所述并发结构Doherty功率放大器，其信号传递过程为：输入信号首先经过信号输入端传至输入滤波网络，输入滤波网络中的各频段输入滤波器模块把输入信号按频段进行分离...

【专利技术属性】
技术研发人员：何松柏，亓天，代志江，史卫民，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51