一种基于宽带输入匹配的改进型多赫尔蒂功率放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种改进型多尔蒂功率放大器，包括混合耦合器、载波放大器、宽带输入匹配的峰值放大器、相位补偿器、第二λ/4阻抗变换线、合路器；混合耦合器的第一信号输出端与载波放大器的信号输入端连接，载波放大器的信号输出端与合路器的第一信号输入端连接；混合耦合器的第二信号输出端与相位补偿器的信号输入端连接，相位补偿器的信号输出端与峰值放大器的信号输入端连接，峰值放大器的信号输出端与合路器的第二信号输入端连接。本发明专利技术在提高效率的同时，使宽带调制信号带内的负载调制效果和效率特性更加均匀一致，适合未来的宽带调制信号传输系统使用。本发明专利技术还公开该多赫尔蒂功率放大器的设计方法，使得峰值放大器在较宽频带开启特性一致。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信
，特别是适用于宽带调制信号系统的多尔蒂功率放大器。
技术介绍
随着无线通信技术的飞速发展，3G、4G甚至是5G通讯技术已经逐渐应用到日常通信中。为了追求更高的数据传输速率和更大容量的业务要求，高频谱利用率的信号调制技术在通信系统中被广泛采用。这样的信号调制技术在收发系统中带来了宽带高峰均比的信号，为了避免信号在传输过程中被压缩和丢失，必须让功放回退到低功率状态工作。作为整个无线通信系统中功耗最大的部件，功率放大器在通信基站系统中的能源耗费比例达到50％，因此低功率下的低效率状态将导致整个无线通信系统效率大大降低。除此之外，高达100MHz调制信号在4G通信系统中的应用也对功放的工作带宽提出了更高的要求，瞬时带宽100MHz工作状态下的效率、线性度以及功放在这个带宽内的特性都使得高效率宽带功率放大器的研究成为当今功率放大器领域的热点课题。多赫尔蒂(对应英文为：Doherty)是由美国bell实验室射频工程师W.H.Doherty在1936年首次提出的一种针对非恒定包络调制信号的高效率线性功率放大器。也是目前通信基站中使用最广泛的一种功率放大器技术。传统多赫尔蒂功率放大器包括载波放大器、峰值放大器，其基本原理为：载波放大器工作在AB类(Class AB)，峰值放大器工作在C类(Class C)，输入信号经过功分器等分成两路信号分别进入载波放大器和峰值放大器，载波放大器先于峰值放大器导通，并在输出λ/4传输线阻抗变换作用下，提前达到饱和，实现高效率；随着输入信号进一步增大，峰值放大器开始工作，其作用相当于一个有源负载对载波放大器进行调制，尽可能的使得载波和峰值放大器都工作在各自的饱和区中，使得整个功率放大器在高电平输入信号范围内也保持较高的效率。但是经专利技术人在研究中发现，如图1所示，传统的多赫尔蒂功率放大器在载波放大器和峰值放大器中使用相同的匹配电路，虽然这能够降低放大器的设计成本和设计难度，但是，因为峰值放大器的C类偏置低于载波放大器的AB类偏置，峰值放大器在频带内的增益特性低于AB类的增益特性并且开启特性在带内也产生偏移，导致峰值放大器的输出电流在带内不均匀，于是对载波放大器的负载调制就会不一致。这样多赫尔蒂功率放大器的效率曲线随着频率变化呈现不一致的变化趋势。常见的降低峰值放大器不一致特性的方法是对峰值放大器的输入电路进行额外调整，增加了额外的成本和时间。因此，如何在保证多赫尔蒂功率放大器在功率回退区间内效率的同时，通过简单易行的方法提高功率放大器带内一致性，对于提高宽带调制信号通信系统，具有十分重要的意义。
技术实现思路
要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本专利技术提出一种基于宽带输入匹配的改进型多赫尔蒂功率放大器，用于解决功率放大器带内不一致以及由此带来的效率低、线性度差的技术问题。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种基于宽带输入匹配的改进型多赫尔蒂功率放大器，包括接有50Ω匹配负载的混合耦合器、第一相位补偿器、载波放大器、宽带输入匹配网络、峰值放大器、第二相位补偿器、第三相位补偿器、第一λ/4阻抗变换线以及含有第二λ/4阻抗变换线的合路器；其中，λ是多赫尔蒂功率放大器工作频率中心频率对应的波长，第一λ/4阻抗变换线的特性阻抗为50欧姆，第二λ/4阻抗变换线的特性阻抗为35欧姆；所述合路器具有第一信号输入端和第二信号输入端，第一信号输入端和第二信号输入端均与合路器中的第二λ/4阻抗变换线的输入端连接，第二λ/4阻抗变换线的输出端为多赫尔蒂功率放大器的输出端；所述混合耦合器具有第一信号输出端和第二信号输出端，混合耦合器接收到输入信号后分配为两路信号分别从上述两个信号输出端输出；其中第一信号输出端与载波放大器的信号输入端连接，载波放大器的信号输出端串联有第一相位补偿器和第一λ/4阻抗变换线，最后连接到合路器的第一信号输入端上；第二信号输出端与第一相位补偿器的信号输入端连接，第一相位补偿器的信号输出端与宽带输入匹配网络的信号输入端连接，宽带输入匹配网络的信号输出端与峰值放大器的信号输入端连接，峰值放大器的信号输出端与第三相位补偿器的信号输入端连接，第三相位补偿器的信号输出端与合路器的第二信号输入端连接。进一步的，在本专利技术中，所述宽带输入匹配网络包括宽带匹配电路和稳定性电路，宽带匹配电路的输入端作为整个宽带输入匹配网络的输入端，宽带匹配电路的输出端连接到稳定性电路的输入端，稳定性电路的输出端作为整个宽带输入匹配网络的输出端。进一步的，在本专利技术中，第一相位补偿器、第二相位补偿器和第三相位补偿器具有相同的结构；在上述每个相位补偿器中，包括输出线、输入线和去耦电容，并且输出线和输入线相互平行，去耦电容搭接在输出线和输入线之间。通过改变去耦电容的连接位置，得到不同的相位长度，对两路信号的相位进行补偿。进一步的，在本专利技术中，所述宽带输入匹配电路由相互串联的不同特性阻抗的微带传输线组成，并且第一个微带传输线的输入端与第一相位补偿器的输出端相连，最后一个微带传输线的输出端与稳定性电路的输入端相连。本专利技术中使用的峰值放大器输入匹配不同于载波放大器输入匹配，而使用更宽的宽带输入匹配并且基于简易实频技术进行匹配。进一步的，在本专利技术中，所述稳定性电路包括相互串联的微带传输线和电容电阻电路，所述电容电阻电路为电容和电阻的并联结构，电容电阻电路作为稳定性电路的输入端，电容电阻电路的输出端连接到微带传输线输入端，微带传输线的输出端与峰值放大器输入端连接。上述电容电阻由具有离散值的表贴元器件来搭建，容易设计、制作和更换使用。稳定性电路本身虽然属于常规设计，但是本专利技术中为了有效降低峰值功放在工作带宽内的不一致开启特性，而将稳定性电路和宽带简易实频技术相结合的匹配设计是属于非常规设计。一种基于宽带输入匹配的改进型多赫尔蒂功率放大器的设计方法，包括以下步骤：步骤一、设计载波放大器，使得载波放大器的功率和效率要求符合AB类；这里只要使用一般设计方法即可完成设计，这属于本领域内一般技术人员都知晓的技术知识；步骤二、除宽带输入匹配网络外，按照电路结构将其余各元器件搭接好，其中峰值放大器的输入端和第一相位补偿器的输出端之间直接相连；步骤三、将稳定性电路连接到峰值放大器的输入端和第一相位补偿器的输出端之间，调节稳定性电路中的微带传输线宽度、长度以及电容电阻电路中的电容电阻元件值，使得峰值放大器在整个工作带内保持稳定；步骤四、对步骤三中的电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于宽带输入匹配的改进型多赫尔蒂功率放大器，其特征在于：包括接有50Ω匹配负载(1)的混合耦合器(2)、第一相位补偿器(3)、载波放大器(5)、宽带输入匹配网络(4)、峰值放大器(6)、第二相位补偿器(7)、第三相位补偿器(8)、第一λ/4阻抗变换线(9)以及含有第二λ/4阻抗变换线(101)的合路器(10)；其中，λ是多赫尔蒂功率放大器工作频率中心频率对应的波长，第一λ/4阻抗变换线(9)的特性阻抗为50欧姆，第二λ/4阻抗变换线(101)的特性阻抗为35欧姆；所述合路器(10)具有第一信号输入端和第二信号输入端，第一信号输入端和第二信号输入端均与合路器(10)中的第二λ/4阻抗变换线(101)的输入端连接，第二λ/4阻抗变换线(101)的输出端为多赫尔蒂功率放大器的输出端；所述混合耦合器(2)具有第一信号输出端和第二信号输出端，混合耦合器(2)的输入端为多赫尔蒂功率放大器的输入端，混合耦合器(2)的输入端接收到输入信号后分配为两路信号分别从上述两个信号输出端输出；其中第一信号输出端与载波放大器(5)的信号输入端连接，载波放大器(5)的信号输出端串联有第一相位补偿器(7)和第一λ/4阻抗变换线(9)，最后连接到合路器(10)的第一信号输入端上；第二信号输出端与第一相位补偿器(3)的信号输入端连接，第一相位补偿器(3)的信号输出端与宽带输入匹配网络(4)的信号输入端连接，宽带输入匹配网络(4)的信号输出端与峰值放大器(6)的信号输入端连接，峰值放大器(6)的信号输出端与第三相位补偿器(8)的信号输入端连接，第三相位补偿器(8)的信号输出端与合路器(10)的第二信号输入端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于宽带输入匹配的改进型多赫尔蒂功率放大器，其特征在于：包括接有
50Ω匹配负载(1)的混合耦合器(2)、第一相位补偿器(3)、载波放大器(5)、宽带
输入匹配网络(4)、峰值放大器(6)、第二相位补偿器(7)、第三相位补偿器(8)、第
一λ/4阻抗变换线(9)以及含有第二λ/4阻抗变换线(101)的合路器(10)；其中，λ
是多赫尔蒂功率放大器工作频率中心频率对应的波长，第一λ/4阻抗变换线(9)的特
性阻抗为50欧姆，第二λ/4阻抗变换线(101)的特性阻抗为35欧姆；
所述合路器(10)具有第一信号输入端和第二信号输入端，第一信号输入端和第二
信号输入端均与合路器(10)中的第二λ/4阻抗变换线(101)的输入端连接，第二λ/4
阻抗变换线(101)的输出端为多赫尔蒂功率放大器的输出端；
所述混合耦合器(2)具有第一信号输出端和第二信号输出端，混合耦合器(2)的
输入端为多赫尔蒂功率放大器的输入端，混合耦合器(2)的输入端接收到输入信号后
分配为两路信号分别从上述两个信号输出端输出；其中第一信号输出端与载波放大器
(5)的信号输入端连接，载波放大器(5)的信号输出端串联有第一相位补偿器(7)
和第一λ/4阻抗变换线(9)，最后连接到合路器(10)的第一信号输入端上；第二信号
输出端与第一相位补偿器(3)的信号输入端连接，第一相位补偿器(3)的信号输出端
与宽带输入匹配网络(4)的信号输入端连接，宽带输入匹配网络(4)的信号输出端与
峰值放大器(6)的信号输入端连接，峰值放大器(6)的信号输出端与第三相位补偿器
(8)的信号输入端连接，第三相位补偿器(8)的信号输出端与合路器(10)的第二信
号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于宽带输入匹配的改进型多赫尔蒂功率放大器，其特
征在于：所述宽带输入匹配网络(4)包括宽带匹配电路和稳定性电路，宽带匹配电路
的输入端作为整个宽带输入匹配网络(4)的输入端，宽带匹配电路的输出端连接到稳
定性电路的输入端，稳定性电路的输出端作为整个宽带输入匹配网络(4)的输出端。
3.根据权利要求1所述的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓维，孙引进，张雷，孟凡，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32