一种基于补偿寄生电容的宽带Doherty功率放大器制造技术

本发明专利技术提供一种基于补偿寄生电容的宽带Doherty功率放大器，包括等分威尔金森功分器、载波功率放大器支路、峰值功率放大器支路以及负载调制网络，其中，载波功率放大器支路包括依次串接的载波功率放大器输入匹配电路、载波功率放大器、载波功率放大器输出匹配电路，并在载波功率放大器输出端并联第一微带线Z1；峰值功率放大器支路包括相位延迟线、峰值功率放大器输入匹配电路、峰值功率放大器以及峰值功率放大器输出匹配电路，并在峰值功率放大器输出端并联第二微带线Z2。相对于现有技术，本发明专利技术通过在主辅支路晶体管的输出端分别加上一段短路微带线，从而抑制了寄生电容对于放大器的饱和效率和带宽所造成的影响，提高了Doherty功放的带宽性能和效率。

A broadband Doherty power amplifier based on compensation parasitic capacitance

The invention provides a broadband Doherty power amplifier based on parasitic capacitance compensation, including the equal Wilkinson power divider, carrier power amplifier, power amplifier circuit and branch peak load modulation network, wherein the carrier power amplifier circuit includes successively connected carrier power amplifier input matching circuit, carrier power amplifier, carrier power amplifier output matching circuit and, in the carrier power amplifier output end of the first parallel microstrip line Z1; peak power amplifier branches including phase delay line, peak power amplifier input matching circuit, peak power amplifier and peak power amplifier output matching circuit, and the peak power output of the amplifier second parallel microstrip lines Z2. Compared with the existing technology, the invention reduces the influence of parasitic capacitance on the saturation efficiency and bandwidth of the amplifier by adding a short circuited microstrip line to the output terminals of the main auxiliary branch transistor, and improves the bandwidth performance and efficiency of the Doherty power amplifier.

【技术实现步骤摘要】
一种基于补偿寄生电容的宽带Doherty功率放大器
本专利技术涉及射频通讯
，尤其涉及一种拓宽工作带宽范围提高带宽性能的Doherty功率放大器。
技术介绍
随着无线通信技术的迅速发展，射频微波技术在人们的日常生活中越来越重要。为了在有限的频谱带宽内传输尽可能大的数据量，通信商通常采用非常复杂的调制方式，而这会导致信号的峰均比(PAPR)变大，为确保满足可接受的线性度，高峰均比限制了功率放大器回退功率水平。如果采用传统的功率放大器，导致放大器效率非常低，特别是在大功率回退情况下。Doherty功率放大器采用负载牵引技术，能提高功率回退时的效率，加上其结构简单，容易实现功率回退时的高效率，另外Doherty功率放大器因能高效放大调制信号且成本较低而成为当今无线通信所采用功率放大器的主流形式，被广泛应用于基站中。一个典型的两路Doherty功率放大器包括主辅两个功率放大器，主辅功放输入端由功分器将信号一分为二分别输入，输出端通过一个负载调制网络将信号合路输出，根据输入信号的大小动态调制主辅功率放大器的有效负载阻抗，从而使Doherty功放在输出功率大幅度回退的情况下仍然具有很高的效率。当前无线通信系统面临传输信息量暴增的挑战，而目前可用的频带资源堪忧，提高频带利用率的方式较为复杂不易实现，所以提高通信系统的频带宽度势在必行。为了提高Doherty功率放大器的带宽范围，现有的主流方法有以下两种方法：(1)负载调制网络中通常采用四分之一波长线，而四分之一波长线本身带宽窄，使整个Doherty功率放大器的带宽受到严重的限制，因此，现有技术采用调节负载调制网络中四分之一波长线的方式通过改变阻抗变换比来拓展带宽；采用该方式，对于主功放而言，需要将其最佳阻抗匹配到高低功率输入时用户所需的输出阻抗值，而最优阻抗值并不是唯一的，由于四分之一波长线只能实现确定的阻抗变换，并不能实现对所有的最佳阻抗进行匹配，这样就不能实现宽带范围的阻抗调制，同样对于峰值放大器也一样，最佳阻抗有很多组解，仅通过四分之一波长线很难实现宽带的要求，这是限制Doherty功率放大器的带宽之一；(2)另外现有技术还可以通过减小峰值功放的补偿线对于带宽的限制作用进而增加带宽，也即，设计峰值功放时，要保证其在所要求的带宽内，从补偿线端口看进去的阻抗为无穷大，这样才能保证在低功率区时，主功放的回退效率以及主功放的输出功率不会泄露到峰值功放，而在实际对于整个频段，峰值功放的输出阻抗并不都是无穷大，只有在中心频率附近，其阻抗才接近无穷大，这样会导致主功放功率泄露，影响Doherty功率放大器整体性能，这是限制Doherty功放带宽的因素之一。故针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种新方案，用于进一步提高Doherty的带宽性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于补偿寄生电容提高带宽性能的Doherty功率放大器，通过改进传统Doherty功率放大器的输出部分与输出匹配电路之间的电路结构，在晶体管输出端之后，输出匹配电路之前并联短路微带线，补偿晶体管自身的寄生电容对带宽的限制影响，提高Doherty功放的带宽性能。为了克服现有技术的缺陷，本专利技术采用以下技术方案：采用本专利技术的技术方案，通过在功率放大器晶体管之后，输出匹配电路之前并联一段短路微带线用作电感，作用是与晶体管内部的寄生电容形成并联谐振回路，以此补偿晶体管的输出电容，并将晶体管输出端匹配为导纳，使得后级负载调制电路可以直接应用于晶体管的输出端，从而系统地拓宽并联谐振回路的带宽，提高了整体DPA的带宽性能以及效率。附图说明图1是传统Doherty功率放大器的拓扑结构图。图2是本专利技术中本专利技术中CHG40010F晶体管简化模型图。图3晶体管输出电容与漏源电压的关系图。图4是本专利技术中晶体管CGH40010F从电流源平面到晶体管的封装平面之间的等效模型图。图5是采用GaNHEMT设计的一款基于补偿寄生电容的宽带Doherty功率放大器的结构框图。图6是基于专利技术采用GaNHEMT设计的一款Doherty功率放大器的结构框图，有效的证明了所提出本专利技术的可行性。图7是基于图6，模拟的Doherty功放在宽频带内饱和漏极效率、输出功率和增益。图8是基于图6，模拟的Doherty功放在2.2～2.8GHz宽频带内6dB回退点处的漏极效率和增益。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。全球相关学者对拓宽DPA工作带宽进行了相关的研究，但其主要从负载调制网络及功放补偿线等方面着手拓宽带宽，在众多研究中，鲜有基于晶体管输出端寄生参数的设计思想来拓展带宽的技术方案。参见图1，所示为传统Doherty功率放大器的拓扑结构图，其工作原理如下：当低输入功率状态时，只有载波功放开启，所有输入信号经载波功放放大，峰值功放完全关闭，呈现开路状态，载波放大器经四分之一波长阻抗变换线ZT1经过合路点ZJ，由四分之一阻抗变换线ZL匹配到负载阻抗Zload输出。由四分之一波长阻抗变换线原理可得,载波功放和峰值功放低功率下的输出阻抗可以分别表示为：ZP,Low＝∞即在低功率输入的情况下，需要将载波功率放大器的输出阻抗匹配到100欧姆，将峰值功率放大器的出输出阻抗匹配到无穷大。则低功率状态下合路点ZJ的阻抗为25欧姆。又因为Doherty整体合路输出端负载阻抗Zload为50欧姆，因此，需在合路输出端串联一段四分之一波长传输线ZL，阻抗值为欧姆。当高输入功率状态时，主辅功放一起工作，当输入功率达到最大时，主辅功放同时饱和，此时整体Doherty功放输出功率最大，此时将峰值功放输出端匹配到50欧姆，即令ZP,High＝50Ω，将主功放输出端在饱和状态时也匹配到50欧姆，则合路点的阻抗是由四分之一波长阻抗变换线ZT1与峰值放大器输出端匹配的50欧姆并联，其阻抗值为ZJ＝ZP,High||ZT1＝(50×50)/(50+50)＝25欧姆，可得在低功率输入和高功率输入情况下，合路点阻抗值均为25欧姆。由上述分析可知，传统Doherty功率放大器载波功放在回退点的负载阻抗为100欧，输出合路器由两个四分之一波长的阻抗变换线组成，以实现负载调制，因此提高了回退效率，然而由于四分之一波长线本身带宽窄，整个DPA的带宽受到严重限制。但是随着无线通信传输信息量的增加，对于带宽的需求也在增加，而Doherty功率放大器作为通信系统中放大非恒包络调制信号最优的放大器，虽然易于提高效率，能够结合线性化技术提高其线性度，但是带宽较窄是传统经典Doherty功率放大器的主要缺点。当前Doherty功率放大器的带宽性能已经难以满足当今无线通信系统的要求。在扩展带宽的急剧需求下，所期望达到的功率放大器设计的目的不再单一只是带宽的提高，更需要我们在提高带宽性能的同时也要提高晶体管的效率，因为GaNHEMT高截止频率，高功率密度等优点，在高功率、高效率器件制造中的应用越来越普遍，如今频带资源紧缺，GaNHEMT同时也被应用于提高功率放大器的带宽，但其非线性寄生参数对器件性能的影响却是不可小觑的，非线性寄生参数是影响放大器的效率以及带宽的重要因素，但是在学术界很少有人考本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于补偿寄生电容的宽带Doherty功率放大器，其特征在于，包括等分威尔金森功分器、载波功率放大器支路、峰值放大器支路以及负载调制网络，其中，所述等分威尔金森功分器用于将输入功率进行等分后分别输出给载波功率放大器支路和峰值功率放大器支路；所述载波功放支路进一步包括依次串接的载波功放输入匹配电路、载波功率放大器、载波功放输出匹配电路，并在载波功率放大器输出端并联第一微带线Z1，所述第一微带线Z1的一端与所述载波功率放大器输出端以及所述载波功放输出匹配电路的输入端相连接，所述第一微带线Z1的另一端接地；所述峰值回路进一步包括相位延迟线、峰值功率放大器输入匹配电路、峰值功率放大器以及峰值功率放大器输出匹配电路，并在峰值功率放大器输出端并联第二微带线Z2，所述第二微带线Z2的一端与所述峰值功率放大器输出端以及所述峰值功放输出匹配电路的输入端相连接，所述第二微带线Z2的另一端接地；所述第一微带线Z1和所述第二微带线Z2用于与晶体管内部寄生电容形成并联谐振回路以此补偿晶体管的输出电容以及用于将晶体管输出端匹配为导纳使得负载调制网络可以直接应用于晶体管的输出端；所述负载调制网络用于将载波功放支路和峰值功放支路进行合路后输出给负载，进一步包括第三微带线Z3和第四微带线Z4，所述第三微带线Z3的一端与所述载波功放输出匹配电路的输出端相连接，所述第三微带线Z3的另一端与所述峰值输出匹配电路的输出端和所述第四微带线Z4的一端相连接，所述第四微带线Z4的另一端与负载相连接，其中，所述第三微带线Z3为50欧四分之一波长阻抗变换线，所述第四微带线Z4为35.3欧的四分之一波长阻抗变换线。...

【技术特征摘要】
1.一种基于补偿寄生电容的宽带Doherty功率放大器，其特征在于，包括等分威尔金森功分器、载波功率放大器支路、峰值放大器支路以及负载调制网络，其中，所述等分威尔金森功分器用于将输入功率进行等分后分别输出给载波功率放大器支路和峰值功率放大器支路；所述载波功放支路进一步包括依次串接的载波功放输入匹配电路、载波功率放大器、载波功放输出匹配电路，并在载波功率放大器输出端并联第一微带线Z1，所述第一微带线Z1的一端与所述载波功率放大器输出端以及所述载波功放输出匹配电路的输入端相连接，所述第一微带线Z1的另一端接地；所述峰值回路进一步包括相位延迟线、峰值功率放大器输入匹配电路、峰值功率放大器以及峰值功率放大器输出匹配电路，并在峰值功率放大器输出端并联第二微带线Z2，所述第二微带线Z2的一端与所述峰值功率放大器输出端以及所述峰值功放输出匹配电路的输入端相连接，所述第二微带线Z2的另一端接地；所述第一微带线Z1和所述第二微带线Z2用于与晶体管内部寄生电容形成并联谐振回路以此补偿晶体管的输出电容以及用于将晶体管输出端匹配为导纳使得负载调制网络可以直接应用于晶体管的输出端；所述负载调制网络用于将载波功放支路和峰值功放支路进行合路后输出给负载，进一步包括第三微带线Z3和第四微带线Z4，所述第三微带线Z3的一端与所述载波功放输出匹配电路的输出端相连接，所述第三微带线Z3的另一端与所述峰值输出匹配电路的输出端和所述第四微带线Z4的一端相连接，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：程知群，熊国萍，张明，刘国华，董志华，陈瑾，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33