一种基于相位延迟双频输出匹配网络的宽带双频段Doherty功率放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于相位延迟双频输出匹配网络的宽带双频段Doherty功率放大器，包括宽带功分器、载波放大电路、峰值放大电路、基于相位延迟的载波双频输出匹配网络、基于相位延迟的峰值双频输出匹配网络。宽带功分器的上路信号和下路信号分别连接载波放大电路和峰值放大电路；载波放大电路由载波相位补偿线、载波输入匹配网络、载波晶体管串接组成；峰值放大电路由峰值相位补偿线、峰值输入匹配网络、峰值晶体管串接组成；载波放大电路连接基于相位延迟的载波双频输出匹配网络；峰值放大电路连接基于相位延迟的峰值双频输出匹配网络。本发明专利技术利用相位周期重复性实现Doherty功率放大器的双频段工作能力，采用阶梯阻抗结构设计载波和峰值双频输出匹配网络。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相位延迟双频输出匹配网络的宽带双频段Doherty功率放大器
本专利技术涉及通信
，具体涉及一种基于相位延迟双频输出匹配网络的宽带双频段Doherty功率放大器。
技术介绍
人们对无线通信速率和质量要求的提高推动了现代无线通信系统的不断发展，通信系统需要兼容越来越多的通信标准。一方面，为了提高传输速率，通信系统普遍使用正交频分复用(OFDM)等高频谱效率的调制方式，使得调制信号的峰均比显著提高。为了保证系统的线性度，功率放大器需要工作在远离饱和状态的功率点，导致了功率放大器效率的降低；另一方面，通信标准的增加使得工作频率的间隔越来越大，甚至某些频率之间相距数个倍频程。考虑到运营成本以及设备本身的体积，迫切需要能够支持双频甚至更多频段的功率放大器。同时，新引入的通信标准对调制信号带宽的要求也越来越高，单个工作频段需要支持数十兆甚至上百兆赫兹的工作带宽。因此，在保证高回退效率的情况下，实现双频或者宽频带工作也成为了功率放大器设计者们的一个重要议题。目前，工业界和学术界普遍采用Doherty功率放大器结构来增强功率放大器在大回退功率时的效率。传统Doherty功率放大器实现双频工作的方法是利用T形或π形结构的双频段阻抗变换网络来实现的，如图1所示。这两种结构是通过在传输线中端或者传输线两端加载开路或者短路微带枝节的方式，破坏了传输线原有的线性相位特性，最终可以实现在两个频段下等效成不同特征阻抗的四分之一波长阻抗变换线，该方法能有效地实现任意两个频率的阻抗匹配。然而通过对现有传统双频Doherty功率放大器的研究发现，此类T形或π形阻抗变换网络限制了功率放大器在每个频段的工作带宽，其工作带宽通常小于100MHz。近年来，有研究在理论分析补偿线相位对于功率放大器多个工作频率影响基础上，设计了三频段甚至四频段Doherty功率放大器。但是，由于传输线的色散效应，额外引入的补偿线限制了每个工作频段放大器的带宽，其所实现的工作带宽仍小于150MHz。因此，尽管双频段甚至多频段Doherty功率放大器已经得到验证，但是，如何扩展每个工作频段的带宽仍然是一个巨大的挑战。在未来无线通信系统中，随着调制信号带宽的不断增加，这种挑战将会变得更加突出。综上所述，通过对基于T形或者π形结构的传统双频段Doherty功率放大器的研究表明，现有双频段Doherty功率放大器技术存在对每个频带内工作带宽的限制，难以满足未来通信系统标准的多元化、工作频段不连续等要求，同时也难以满足人们对高速率大带宽的迫切需求。因此，本专利技术提出的一种基于相位延迟双频输出匹配网络的宽带双频段Doherty功率放大器对于实现双频段工作和拓展工作带宽这两方面都具有十分重要的研究价值和意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于相位延迟双频输出匹配网络的宽带双频段Doherty功率放大器，以实现在两个频段上宽带内的饱和及回退状态下最优阻抗匹配，从而实现Doherty功率放大器在两个频段上的正常工作并拓展每一个频带内的工作带宽。为了解决以上技术问题，本专利技术采用的具体技术方案如下：一种基于相位延迟双频输出匹配网络的宽带双频段Doherty功率放大器，包括宽带功分器、载波放大电路、基于相位延迟的载波双频输出匹配网络、峰值放大电路以及基于相位延迟的峰值双频输出匹配网络；所述宽带功分器的上路信号和下路信号输出端分别与载波放大电路和峰值放大电路的输入端连接；所述载波放大电路的输出端直接与基于相位延迟的载波双频输出匹配网络的输入端相连；所述峰值放大电路的输出端直接与基于相位延迟的峰值双频输出匹配网络的输入端相连；所述载波放大电路由载波相位补偿线、载波输入匹配网络、载波晶体管依次串联连接组成；所述峰值放大电路由峰值相位补偿线、峰值输入匹配网络、峰值晶体管依次串联连接组成。所述宽带功分器将能量等分地分配给载波放大电路和峰值放大电路。所述宽带功分器与载波输入匹配网络和峰值输入匹配网络之间设有载波相位补偿线和峰值相位补偿线，分别调节上路和下路信号相位差，使两路信号在Doherty功率放大器的输出处(即图2中信号合路点A)相位相同。所述载波晶体管为AB类功率放大器，峰值晶体管为C类功率放大器，两者具有相同的饱和输出功率。所述基于相位延迟的载波双频输出匹配网络包括载波输出第一传输线、载波输出第二传输线，其中，载波输出第一传输线的信号输入端与载波晶体管的漏极相连。所述基于相位延迟的峰值双频输出匹配网络包括峰值输出第一传输线、峰值输出第二传输线、峰值输出第三传输线、峰值输出第四传输线。其中，峰值输出第一传输线的信号输入端与峰值晶体管的漏极相连。所述基于相位延迟的载波双频输出匹配网络可以在两个频段上实现回退和饱和状态下所需要的阻抗匹配。所述基于相位延迟的峰值双频输出匹配网络可以在峰值放大电路不工作时在两个频段上实现高输出阻抗，满足峰值功率放大器开路条件，保证Doherty功率放大器在两个频段上的正常工作。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：(1)本专利技术相比传统双频段Doherty功率放大器技术，在带宽上实现了扩展。本专利技术通过调节载波和峰值阻抗匹配网络之间的相位比，扩展和平衡了双频段功率放大器的带宽。(2)本专利技术相比传统双频段Doherty功率放大器技术，可在较宽的频带范围内实现较高的回退和饱和效率。附图说明图1为传统双频段Doherty功率放大器的结构框图。图2为本专利技术的一种基于相位延迟双频输出匹配网络的宽带双频段Doherty功率放大器的结构框图。图3为本专利技术实施例采用的基于相位延迟的载波双频输出匹配网络结构框图。图4为本专利技术实施例采用的基于相位延迟的载波双频输出匹配网络输入阻抗及相位随频率变化关系图。图5为本专利技术实施例采用的基于相位延迟的峰值双频输出匹配网络结构框图。图6为本专利技术实施例采用的基于相位延迟的峰值双频输出匹配网络输出阻抗和相位图。图7为本专利技术实施例在2.2-2.7GHz频段上的输出功率、效率和增益图。图8为本专利技术实施例在3.1-3.4GHz频段上的输出功率、效率和增益图。图9为本专利技术实施例在回退和饱和状态下效率随频率变化曲线图。图中：10-宽带功分器、20-载波放大电路、201-载波相位补偿线、202-载波输入匹配网络、203-载波晶体管、30-基于相位延迟的载波双频输出匹配网络、301-载波输出第一传输线、302-载波输出第二传输线、40-峰值放大电路、401-峰值相位补偿线、402-峰值输入匹配网络、403-峰值晶体管、50-基于相位延迟的峰值双频输出匹配网络、501-峰值输出第一传输线、502-峰值输出第二传输线、503-峰值输出第三传输线、504-峰值输出第四传输线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。图1所示为传统双频段Doherty功率放大器的结构框图。输入功率由双频功分器等分为上路信号和下路信号，上路信号和下路信号分别由载波放大器和峰值放大器放大后，经过双频载波补偿线和双频峰值补偿线与双频负载调制网络相连。但是，对于传统双频段Doherty功率放大器，其利用T形或π形结构的双频段阻抗变换网络来实现双频工作，此类结构限制了功率放大器在每个频段的工作带宽。图2所示为本专利技术的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相位延迟双频输出匹配网络的宽带双频段Doherty功率放大器，其特征在于，包括宽带功分器(10)、载波放大电路(20)、基于相位延迟的载波双频输出匹配网络(30)、峰值放大电路(40)以及基于相位延迟的峰值双频输出匹配网络(50)；所述宽带功分器(10)的上路信号的输出端和下路信号的输出端分别与载波放大电路(20)和峰值放大电路(40)的输入端连接；所述载波放大电路(20)的输出端所述与基于相位延迟的载波双频输出匹配网络(30)的输入端相连；所述峰值放大电路(40)的输出端与基于相位延迟的峰值双频输出匹配网络(50)的输入端相连；所述基于相位延迟的载波双频输出匹配网络(30)的输出端和所述基于相位延迟的峰值双频输出匹配网络(50)的输出端相连，作为所述Doherty功率放大器的信号输出端。

【技术特征摘要】
1.一种基于相位延迟双频输出匹配网络的宽带双频段Doherty功率放大器，其特征在于，包括宽带功分器(10)、载波放大电路(20)、基于相位延迟的载波双频输出匹配网络(30)、峰值放大电路(40)以及基于相位延迟的峰值双频输出匹配网络(50)；所述宽带功分器(10)的上路信号的输出端和下路信号的输出端分别与载波放大电路(20)和峰值放大电路(40)的输入端连接；所述载波放大电路(20)的输出端所述与基于相位延迟的载波双频输出匹配网络(30)的输入端相连；所述峰值放大电路(40)的输出端与基于相位延迟的峰值双频输出匹配网络(50)的输入端相连；所述基于相位延迟的载波双频输出匹配网络(30)的输出端和所述基于相位延迟的峰值双频输出匹配网络(50)的输出端相连，作为所述Doherty功率放大器的信号输出端。2.根据权利要求1所述的一种基于相位延迟双频输出匹配网络的宽带双频段Doherty功率放大器，其特征在于，所述宽带功分器(10)将能量等分地分配给载波放大电路(20)和峰值放大电路(40)。3.根据权利要求1所述的一种基于相位延迟双频输出匹配网络的宽带双频段Doherty功率放大器，其特征在于，所述载波放大电路(20)由载波相位补偿线(201)、载波输入匹配网络(202)、载波晶体管(203)依次串联连接组成；所述峰值放大电路(40)由峰值相位补偿线(401)、峰值输入匹配网络(402)、峰值晶体管(403)依次串联连接组成；所述宽带功分器(10)输出的上路信号、下路信号分别与所述载波相位补偿线(201)和峰值相位补偿线(401)相连，所述载波相位补偿线(201)和峰值相位补偿线(401)分别调节上路信号和下路信号的相位差，使两路信号在输出处相位相同。4.根据权利要求3所述的一种基于相位延迟双频输出匹配网络的宽带双频段Doherty功率放大器，其特征在于，所述载波晶体管(203)为AB类功率放大器，所述峰值晶体管(403)为C类功率放大器，两者具有相同的饱和输出功率。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏景，徐拓，祝帅雷，孔娃，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32