具有改进的多尔蒂拓扑结构的功率放大器制造技术

一种具有改进的多尔蒂拓扑结构的功率放大器(1)，适于驱动负载(4)，该功率放大器(1)包括主电路(2)和辅电路(3)，所述主电路(2)包括主放大器(20)，所述辅电路(3)包括辅放大器(30)，所述功率放大器(1)还包括具有成对传输线路(57、58)的电路(5)，所述电路(5)适于将所述主电路(2)连接到所述辅电路(3)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有改进的多尔蒂(Doherty)拓扑结构的功率放大器。
技术介绍
在当前的电信系统中，众所周知的是，要使用射频和微波功率放大器，对于射频和微波功率放大器而言，确保高效率从而限制输出信号的失真和非线性是非常重要的。如令，必须被发送和放大的信号通常是具有复包络(通常经数字调制)的信号，在峰值包络功率与平均福射热功率(bolometric power)之比方面具有高动态的特征。对于这样的信号，为了获得线性和效率之间的良好折衷，众所周知的是使用AB类功率放大器，即，B类放大器，并对电流进行轻微极化(这样适于优化功率输出的线性)。仅对于功率接近于放大器可输出的最大功率的未调制信号,AB类功率放大器在平均测辐射热射频功率输出与电源所吸收的功率之比方面，确保了良好的效率。对于功率小于可输出的最大功率的信号，效率大幅地降低，正如被调制(例如数字调制)有复包络的信号(具有比信号的峰值功 率低很多的平均辐射热功率)，放大器的效率比最佳值低很多，导致电力消耗显著增大。为了显著提高射频和微波放大器的效率，称为多尔蒂的放大类型被广泛地使用。图1是具有多尔蒂拓扑结构的功率放大器的示意图。在这样的示意图中，主放大器由用“1±”指代的电流发生器表示，而辅放大器由用“I 指代的电流发生器表示。在“I主”发生器和“1織”电路负载之间置有具有特征阻抗“k”的阻抗变换器“_jk”，并且经放大的功率在“I主”发生器和“Z电路负载之间传输。如果电路的以下量度被提供:K = Rl0pt(其中，Rl0pt是针对信号的峰值包络功率所测定的主放大器的最佳负载阻抗)Z 负载=l/2*RloptI 辅=_j*I 主 max@P 包络 P()utmax(这意味着当包络的瞬时功率“”等于最大峰值包络功率值“Ρ__”时，辅放大器的电流一定比主放大器的最大电流“I$max”滞后90° )I 辅=O P 包络=Poutmax-SdB(这意味着对于瞬时功率值比最大峰值包络功率值低6dB时，辅放大器被切断)将得到以下结果:Rl 主=Rl0p^P 包络=POutmax(I 主=I 主 max)(其中，Rlt是主放大器的负载阻抗)Rl 主=2^Rl0pt@P P0Utmax-SdB(I 主=I 主―/2)如此，在功率降低6dB的动态内，主放大器的端子处的电压“V;’几乎恒定地保持在最大值，从而确保在经放大的信号的包络的该功率动态偏移的范围内具有最佳效率。事实上，已知AB类放大器的最大效率的条件对应于输出信号电压的最大值的条件。这意味着，通过如下方式可在高达6dB的动态内对效率进行最大化:调制电路的主分支的负载阻抗，以使得即便瞬时包络功率降低6dB，仍能确保输出电压几乎恒定地处于最大容许值。这样的特性(behavior)事实上确保了专用于放大被调制有复包络的信号的放大器的总效率大幅提高，这是利用大幅改变包络幅值的所有调制的典型特征。在图1中，阻抗变换器“_jk”的目的是，确保当主电路和辅电路在最大包络功率处操作平衡或差不多操作平衡时，主电路和辅电路的负载阻抗正确，同时确保在阻抗变换器“_jk”必须在“6dB回退”情况下加倍主电路的负载阻抗。在“6dB回退”点处，辅电路被切断，因此该电路是非线性的，因为考虑到辅电路在被切断时相当于开路，该电路仅从_6dB回退处开始(即，仅当输入信号电平与峰值电平之差超过_6dB时)放大输入信号(S卩，它被接通)，以便随后在达到最大峰值(即，在OdB回退处)时上升到与主电路的放大相匹配。通过使用针对频率&的四分之一波长传输线路实现阻抗变换器，获得了电路的仅针对以频率&为中心的有限频带的期望操作。当放大器的工作频率偏离理想频率&时，传输线路迅速地偏离理想阻抗变换器特性。图2示出了相对于传统的AB类放大器，利用多尔蒂原理带来的效率增益。该图是实际应用，其考虑了放大器件的物理限制，这些物理限制将AB类放大器的最大效率限制到低于理论最大值(78% )的一个值。在图2中用粗线显示出AB类放大器随着功率从最大峰值(OdB)减小的实际效率曲线。在图2中用细线显示出多尔蒂放大器的效率曲线(基于与基准AB类放大器相同的技术)。注意的是，即使在实际情况下，在功率相对于最大值减小超过6dB的动态内，多尔蒂放大器的效率也几乎持续地保持在 接近最大值的值处。而且，多尔蒂放大器的效率曲线一直维持在传统AB类放大器的效率曲线之上。最终结果是，当被用于放大复杂的调制信号(尤其具有高振幅调制内容的调制信号)时，多尔蒂放大器的电源功耗远远低于AB类放大器的电源功耗，典型地提供了接近于50 %的消耗减小。与这样的优势对照，在实现有效阻抗变换器上存在相当大的缺陷。这种应用的主要限制关系到有用频率带宽，在该有用频率带宽内，阻抗变换器的特性是可接受的)，并且不会导致在放大结构的效率和鲁棒性方面的过分妥协。实际上，多尔蒂放大技术的使用限于具有窄的相对频带“B%”(通常小于5% )的放大器，其中术语“相对频带”是指以下定义:B% = 2* (fMax-fMin) / (fMax+fMin) 即，放大器的带宽与频带的中心频率之比。该主要限制是由于阻抗变换器的类型，该阻抗变换器通常被用于基于使用具有适当特征阻抗(对应于主放大器的最佳负载阻抗“Rio/’)的四分之一波长传输线路的应用。典型的多尔蒂功率放大器事实上具有主放大器的电路和辅放大器的电路，主放大器的电路和辅放大器的电路在最大功率上平衡，并且经由使用四分之一波长线路(其特征阻抗等于主放大器最佳负载值且对主放大器的一般负载进行加倍)实现的功率变换器耦合。四分之一波长线路可以从主放大器的电路移动到辅放大器的电路，尤其是如果辅助电路在切断时输出阻抗与短路相当。然而，该四分之一波长线路无论是被放置在主放大器电路中还是被放置在辅放大器的电路中，电路布局的这种变化对多尔蒂放大器的特性没有影响，或者对阻抗变换器的所需的性能水平没有影响，而是保持相同的功能和相同的关于频率的特性缺陷。这样的结构是所有现有应用的基本依据，并且这样的结构在以中心频率为中心的窄频带内具有最佳性能，具有该中心频率的线路段(其功能是用做阻抗变换器)采用正好为90。(四分之一波长)的电长度。在稍微偏离中心频率处，因为两个电路(主电路和辅电路)的不完美耦合(归因于被用于实现阻抗变换功能的线路部分越偏离中心频率，就表现得越来越不像理想阻抗变换器)，存在性能(效率、以及最大输送功率)的退化。基于传播线路的阻抗变换器的特性(等于相对于应用的中心频率的四分之一波长)对于窄频带是有效的，因此将相应的有用频带限制到小于5%的值。在该频率变化内，性能妥协(效率的退化和输送的退化)在测试过程中可以被认为是能够接受并且能够控制的。如果使用更宽的频带，我们将进入一个区域，在该区域中，线路特性的变化因为与阻抗变换器一样的非理想特性而变得非常重要，伴随着对性能进行控制的难度和损坏放大器内器件的风险。多尔蒂放大器的频带的幅值目前是应用的主要限制，该主要限制约束了多尔蒂放大器在需要宽带放大器的应用(例如，在用于广播或用于宽带无线发射的新要求的发射机中)中的使用。为了力图克服上述应用限制，图3至图6中示出的是当前已知的多尔蒂放大器的变型。图3示出了用于根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有改进的多尔蒂拓扑结构的功率放大器(1)，适于驱动负载(4)，该功率放大器(1)包括主电路(2)和辅电路(3)，所述主电路(2)包括主放大器(20)，所述辅电路(3)包括辅放大器(30)，其特征在于，所述功率放大器(1)包括具有成对传输线路(57、58)的电路(5)，所述具有成对传输线路(57、58)的电路(5)适于将所述主电路(2)连接到所述辅电路(3)。

【技术特征摘要】
2012.01.24 EP 12425015.01.一种具有改进的多尔蒂拓扑结构的功率放大器(I)，适于驱动负载(4)，该功率放大器⑴包括主电路⑵和辅电路(3)，所述主电路⑵包括主放大器(20)，所述辅电路(3)包括辅放大器(30)，其特征在于，所述功率放大器(I)包括具有成对传输线路(57、58)的电路(5)，所述具有成对传输线路(57、58)的电路(5)适于将所述主电路(2)连接到所述辅电路⑶。2.根据权利要求1所述的具有改进的多尔蒂拓扑结构的功率放大器，其特征在于，所述具有成对传输线路(57、58)的电路(5)提供阻抗变换器。3.根据权利要求2所述的具有改进的多尔蒂拓扑结构的功率放大器，其特征在于，所述具有成对传输线路的电路(5)连接到变换阻抗(6)，以提供所述阻抗变换器。4.根据权利要求1所 述的具有改进的多尔蒂拓扑结构的功率放大器，其特征在于，所述成对传输线路(57、58)包括一对传输线路(57、58)，该对传输线路(57、58)中的第一传输线路(57)将所述主电路(2)连接到变换阻抗(6)，并且该对传...

【专利技术属性】
技术研发人员：马可·卡尔卡诺，
申请(专利权)人：系统工程解决方案股份有限公司，
类型：发明
国别省市：