基于分布式宽带阻抗变换结构的Doherty功率放大器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于分布式宽带阻抗变换结构的Doherty功率放大器，包括功分器、主功率放大器、辅助功率放大器、宽带阻抗变换结构、四分之一波长相位补偿线TL1、阻抗变换线TL2；功分器的输出端一与主功率放大器的输入端连接，主功率放大器的输出端与宽带阻抗变换结构的输入端连接，宽带阻抗变换结构的输出端与阻抗变换线TL2的一端连接；功分器的输出端二通过四分之一波长相位补偿线TL1与辅助功率放大器的输入端连接，辅助功率放大器的输出端与阻抗变换线TL2的一端连接。

【技术实现步骤摘要】
基于分布式宽带阻抗变换结构的Doherty功率放大器
本专利技术涉及无线通信
，更具体地，涉及一种基于分布式宽带阻抗变换结构的Doherty功率放大器。
技术介绍
由于现代无线通信系统对高传输速率和高频谱利用效率的追求，尤其是5G通信系统所要求的高用户峰值(10Gbps)、高可用带宽、高省电性能，对射频功率放大器提出了更高的性能要求。为了满足现代无线通信系统的高线性度要求，在工程上通常采取功率回退技术。为了保证在功率回退后，射频功率放大器仍具有高效率的特性，工程上大多采用Doherty功率放大器来提升功率回退效率。在传统的Doherty功放结构中，在载波功放(即主功放)后面采用一条四分之一波长传输线作为阻抗变换线，由于四分之一波长传输线进行阻抗变换的带宽受到限制，所以大大制约了Doherty功率放大器整体的带宽，使功率放大器不能满足在宽频带范围内保持高效率的要求，现有提升Doherty功率放大器带宽的技术大多使用集总式元件，由于集总式元件的寄生效应明显，使功放的实际效果更加偏离于理想状态，再者，集总式元件的使用会增加功放的成本，不利于工业生产。
技术实现思路
本专利技术为解决以上现有技术提供的Doherty功率放大器在提升带宽时存在的寄生效应明显和高成本的技术缺陷，提供了一种基于分布式宽带阻抗变换结构的Doherty功率放大器。为实现以上专利技术目的，采用的技术方案是：一种基于分布式宽带阻抗变换结构的Doherty功率放大器，包括功分器、主功率放大器、辅助功率放大器、宽带阻抗变换结构、四分之一波长相位补偿线TL1、阻抗变换线TL2；功分器的输出端一与主功率放大器的输入端连接，主功率放大器的输出端与宽带阻抗变换结构的输入端连接，宽带阻抗变换结构的输出端与阻抗变换线TL2的一端连接；功分器的输出端二通过四分之一波长相位补偿线TL1与辅助功率放大器的输入端连接，辅助功率放大器的输出端与阻抗变换线TL2的一端连接；其中所述宽带阻抗变换结构包括四分之一波长传输线TL3、短路微带线TL4和短路微带线TL5，四分之一波长传输线TL3的一端作为宽带阻抗变换结构的输入端与主功率放大器的输出端连接，四分之一波长传输线TL3的另一端与短路微带线TL4的一端和短路微带线TL5的一端连接，短路微带线TL4的另一端和短路微带线TL5的另一端接地，四分之一波长传输线TL3的另一端作为宽带阻抗变换结构的输出端与阻抗变换线TL2的一端连接。上述方案中，功分器按设计需求将输入功率分配到主功率放大器和辅助功率放大器。在低功率输入情况下，辅助功率放大器处于关闭状态，且输出阻抗大于3Z0(此专利中表现为大于150Ω)，主功率放大器处于开启状态，且输出阻抗为100Ω，主功率放大器将输入功率放大，并通过阻抗变换线TL2输出到负载，四分之一波长传输线TL2起到阻抗变换的作用，称之为阻抗变换器，此时在输出功率回退6dB处的效率曲线向上凸起；在中等功率输入情况下，辅助功率放大器开启，主功率放大器和辅助功率放大器输出阻抗逐渐下降，主功率放大器处于饱和工作状态，此时两路功率放大器同时工作，将输入信号放大，并通过阻抗变换线TL2将两路功率功率放大器的输出功率合路之后输出到负载；在高功率输入情况下，主功率放大器和辅助功率放大器均处于饱和工作状态，此时两路输出阻抗均下降至50Ω，两路功率放大器将信号放大，并通过阻抗变换线TL2将两路功率放大器的输出功率合路并输出到负载，此时效率达到最大。上述方案中，短路微带线TL4和短路微带线TL5在中心频率处对阻抗变换不产生影响，但在频率低于中心频率时产生正的相移特性，进而抵消由于频偏所造成的匹配点达不到要求的50欧姆的情况。在频率高于中心频率时产生负的相移特性，进而抵消频偏所造成的匹配点越过要求的50欧姆的情况。具体地，所述四分之一波长传输线TL3与短路微带线TL4和短路微带线TL5的连接能使整个宽带阻抗变换结构在宽频带的范围内匹配到50欧姆附近，进而提升带宽。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)本专利技术在宽带的范围内都具有良好的饱和输出功率。2)本专利技术由全分布式传输线构成，提升带宽的同时不引入集总式元件，有效的减小了寄生效应，减小了器件插入损耗，降低了调试难度，也节省了成本。3)本专利技术电路结构简单，方便设计与实现。附图说明图1为Doherty功率放大器的结构示意图。图2为宽带阻抗变换结构的示意图。图3为传统的功率放大器与本专利技术提供的功率放大器的输入回波损耗的仿真对比图。图4为传统的功率放大器与本专利技术提供的功率放大器的正向传输系数的仿真对比图。图5为测试本专利技术专利所用的电路拓扑图。图6为本专利技术提供的具有两级分布式宽带阻抗变换结构的功率放大器与传统的功率放大器的输入回波损耗对比图。图7为本专利技术提供的具有两级分布式宽带阻抗变换结构的功率放大器与传统的功率放大器的正向传输系数对比图。图8为传统的功率放大器与本专利技术提供的功率放大器的输出功率漏极效率对比图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步的阐述。实施例1如图1所示，一种基于分布式宽带阻抗变换结构的Doherty功率放大器，包括功分器、主功率放大器、辅助功率放大器、宽带阻抗变换结构、50欧姆的四分之一波长相位补偿线TL1、35.35欧姆的阻抗变换线TL2；功分器的输出端一与主功率放大器的输入端连接，主功率放大器的输出端与宽带阻抗变换结构的输入端连接，宽带阻抗变换结构的输出端与阻抗变换线TL2的一端连接；功分器的输出端二通过四分之一波长相位补偿线TL1与辅助功率放大器的输入端连接，辅助功率放大器的输出端与阻抗变换线TL2的一端连接；如图2所示，所述宽带阻抗变换结构包括四分之一波长传输线TL3、短路微带线TL4和短路微带线TL5，四分之一波长传输线TL3的一端作为宽带阻抗变换结构的输入端与主功率放大器的输出端连接，四分之一波长传输线TL3的另一端与短路微带线TL4的一端和短路微带线TL5的一端连接，短路微带线TL4的另一端和短路微带线TL5的另一端分别通过对地过孔VIA1、对地过孔VIA2接地，四分之一波长传输线TL3的另一端作为宽带阻抗变换结构的输出端与阻抗变换线TL2的一端连接。如图3所示，图3为传统的功率放大器与本专利技术提供的功率放大器的输入回波损耗的仿真对比图，本实施例的中心频率为2.5GHz，从图中可以看出传统的功率放大器的输入回波系数在-20dB以下的频率范围为2.35GHz到2.65GHz，一共300MHz，输入回波系数在-10dB以下的频率范围为2GHz到3GHz，一共1000MHz。而本专利技术提供的功率放大器的输入回波系数在-20dB以下的频率范围为1.92GHz到2.95GHz，其频率范围达到了1020MHz，较传统的功率放大器的频率范围增加了720MHz。本专利技术提供的功率放大器的输入回波系数在-10dB以下的频率范围为1.63GHz到3.23GHz，其频率范围达到了1600MHz，较传统的功率放大器的频率范围增加了600MHz，从仿真的回波损耗对比图能看出本专利技术提供的功率放大器的带宽得到了明显拓展。如图4所示，图4为传统的功率放大器与本专利技术提供的功率放大器的正向传输系数的仿真对比图，可以看到在中心频率处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分布式宽带阻抗变换结构的Doherty功率放大器，其特征在于：包括功分器、主功率放大器、辅助功率放大器、宽带阻抗变换结构、四分之一波长相位补偿线TL1、阻抗变换线TL2；功分器的输出端一与主功率放大器的输入端连接，主功率放大器的输出端与宽带阻抗变换结构的输入端连接，宽带阻抗变换结构的输出端与阻抗变换线TL2的一端连接；功分器的输出端二通过四分之一波长相位补偿线TL1与辅助功率放大器的输入端连接，辅助功率放大器的输出端与阻抗变换线TL2的一端连接；其中所述宽带阻抗变换结构包括四分之一波长传输线TL3、短路微带线TL4和短路微带线TL5，四分之一波长传输线TL3的一端作为宽带阻抗变换结构的输入端与主功率放大器的输出端连接，四分之一波长传输线TL3的另一端与短路微带线TL4的一端和短路微带线TL5的一端连接，短路微带线TL4的另一端和短路微带线TL5的另一端接地，四分之一波长传输线TL3的另一端作为宽带阻抗变换结构的输出端与阻抗变换线TL2的一端连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式宽带阻抗变换结构的Doherty功率放大器，其特征在于：包括功分器、主功率放大器、辅助功率放大器、宽带阻抗变换结构、四分之一波长相位补偿线TL1、阻抗变换线TL2；功分器的输出端一与主功率放大器的输入端连接，主功率放大器的输出端与宽带阻抗变换结构的输入端连接，宽带阻抗变换结构的输出端与阻抗变换线TL2的一端连接；功分器的输出端二通过四分之一波长相位补偿线TL1与辅助功率放大器的输入端连接，辅助功率放大器的输出端与阻抗变换线TL2的一端连接；其中所述宽带阻抗变换结构包括四分之一波长传输线TL3、短路微带线TL4和短路微带线TL5，四分之一波长传输线TL3的一端作...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭洪舟，张硕文，区俊辉，张全琪，路崇，曾衍瀚，安德烈·安德烈尼克，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，佛山市顺德区中山大学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44