本发明专利技术提供了一种基于分布式输入输出结构的高回退效率功率放大器，包括：主功放、辅功放、位于所述主功放和辅功放的输出端的分布式功率合成网络以及位于所述辅功放输入端的分布式匹配网络。本发明专利技术基于分布式输入输出结构的高回退效率功率放大器，解决了Doherty功率放大器的带宽限制问题，可以在集成电路工艺上实现宽带高回退效率的性能。
High Back-off Efficiency Power Amplifier Based on Distributed I/O Architecture
The invention provides a high return efficiency power amplifier based on a distributed input and output structure, including a main power amplifier, a auxiliary power amplifier, a distributed power combining network located at the output end of the main power amplifier and the auxiliary power amplifier, and a distributed matching network located at the input end of the auxiliary power amplifier. The invention is based on a distributed input and output structure of a high backoff efficiency power amplifier, which solves the bandwidth limitation problem of the Doherty power amplifier, and can realize the performance of wide bandwidth and high backoff efficiency in integrated circuit technology.
【技术实现步骤摘要】
基于分布式输入输出结构的高回退效率功率放大器
本专利技术属于微波功率放大器及集成电路
，具体的涉及一种基于分布式输入输出结构的高回退效率功率放大器。
技术介绍
功率放大器(PA)是收发机中的主要耗能单元，提高功放的效率对降低整个通信系统的功耗至关重要。为了提高频谱利用率，现代通信信号往往使用OFDM、CDMA等复杂的调制方式，带来了高峰均比(PAPR)的问题。这种高PAPR给射频功率放大器的设计带来了困难，尤其是对功率放大器的效率指标带来了不利的影响。传统的AB类功率放大器在饱和功率附近有较高的效率，而当输出功率降低时，其效率急剧下降。由于在高PAPR下功率放大器大部分时间工作在回退功率区，使得AB类功率放大器的效率远远低于其饱和效率。提高回退效率的方案有多种，包括Doherty技术、包络跟踪技术(ET)、Outphasing技术等。其中，ET技术中的包络放大器带宽受限，支持的信号带宽通常小于40MHz，难以应用在5G通信等信号带宽很宽的场景。Outphasing技术需要进行数字信号分解，当信号带宽较宽时，数字功耗会很高，降低整体效率。Doherty技术由于其结构简单，效率高，可以与传统功率放大器原位替换等优点，成为在通信基站中应用最为广泛的高效率功率放大器技术。但是Doherty功放需要使用四分之一波长线来实现合理的负载调制，这限制了它的射频带宽。在板级Doherty功放的设计中，目前已经有很多种方法，如电抗补偿、谐波连续模式等，可以提升带宽。最新报道的宽带Doherty功放设计已经能够实现超过50％的带宽，可以覆盖大部分4G通信频段。5G通信中许多新的频段被采用，其中sub-6GHz频段大致分布在3.3-5.0GHz之间，为了覆盖这些频段Doherty功放应该至少有41％的带宽。与4G通信不同，5G通信会采用MassiveMIMO技术，这意味着收发系统中会有很多功放单元，单个功放的功率要求会降低，但是功放模块要求实现小型化。在这种情况下，基于集成电路工艺的单片(MMIC)功放是比较好的解决方案。然而由于芯片尺寸及无源网络损耗的限制，板级Doherty功放宽带化方法很难应用在MMIC功放设计中，目前报道的MMICDoherty功放通常小于30％。为了解决Doherty功放的带宽限制问题，需要探索一些新的功放结构。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供了一种基于分布式输入输出结构的高回退效率功率放大器，以至少部分解决以上所存在的技术问题。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于分布式输入输出结构的高回退效率功率放大器，其特征在于，包括：主功放、辅功放、位于所述主功放和辅功放的输出端的分布式功率合成网络以及位于所述辅功放输入端的分布式匹配网络。在一些实施例中，所述分布式功率合成网络包括N段特性阻抗分别为Zd0、Zd1、Zd2、...、ZdN-1的四分之一波长线。在一些实施例中，所述分布式匹配网络包括N+1段特性阻抗分别为Zg0、Zg1、Zg2、...、ZgN的传输线。在一些实施例中，所述分布式匹配网络还包括N个电容Cg1、Cg2、...、CgN，每个电容的第一端与一段所述传输线连接，第二端接地。在一些实施例中，所述功率放大器包括N个所述辅功放Au1、Au2、...、AuN，其中，每个辅功放的输入端与所述分布式匹配网络连接，输出端与所述分布式功率合成网络连接。在一些实施例中，所述的功率放大器还包括：功分器；以及主功放的输入匹配网络，其第一端与所述功分器连接，第二端与所述主功放连接。在一些实施例中，所述的功率放大器还包括：辅功放的整体输入匹配网络，其第一端与所述功分器连接，第二端与所述分布式匹配网络连接。在一些实施例中，所述的功率放大器还包括：宽带后匹配网络，与所述分布式功率合成网络连接。在一些实施例中，所述的功率放大器还包括相位补偿线，连接在所述功分器与所述辅功放的整体输入匹配网络之间。在一些实施例中，所述主功放偏置在AB类，所述辅功放偏置在C类。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术一种基于分布式输入输出结构的高回退效率功率放大器至少具有以下有益效果其中之一：(1)本专利技术所述主功放和辅功放的输出端采用分布式功率合成网络，所述辅功放输入端采用分布式匹配网络，解决了Doherty功率放大器的带宽限制问题，可以在集成电路工艺上实现宽带高回退效率的性能。(2)通过所述相位补偿线Delay实现了所述主功放和所述辅功放之间的相位对齐。(3)通过所述N+1段传输线与所述辅功放晶体管的输入电容结合，可以在很宽的频带内等效为特性阻抗为Rg的传输线，实现辅功放的输入阻抗匹配。附图说明图1为基于分布式输入输出结构的高回退效率功率放大器结构示意图。图2为低功率区等效输出网络示意图。图3为饱和区等效输出网络示意图。图4为辅功放分布式输入网络示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。针对Doherty功放的带宽限制问题，本专利技术提出了基于分布式输入输出结构的高回退效率功率放大器(DistributedInputandOutputEfficientPowerAmplifier，DEPA)，有助于在集成电路工艺上实现宽带高回退效率的性能。本专利技术DEPA包括主功放(MainPA)和辅功放(AuxiliaryPA)，所述主功放和辅功放的输出端采用分布式功率合成网络，所述辅功放输入端采用分布式匹配网络，由此解决了Doherty功率放大器的带宽限制问题，可以在集成电路工艺上实现宽带高回退效率的性能。如图1所示，本专利技术功率放大器包括一个主功放(Main)和N个辅功放(Aux1、Aux2、...、AuxN)。其中，所述主功放偏置在AB类，所述辅功放偏置在C类。所述主辅功放的功率合成网络包括N段特性阻抗分别为Zd0、Zd1、Zd2、...、ZdN-1的四分之一波长线。所述辅功放的分布式匹配网络包括N+1段特性阻抗分别为Zg0、Zg1、Zg2、...、ZgN的传输线，所述辅功放的分布式匹配网络还包括N个电容Cg1、Cg2、...、CgN，通过所述N+1段特性阻抗分别为Zg0、Zg1、Zg2、...、ZgN的传输线与所述N个辅功放的输入电容结合，可以在很宽的频带内等效为特性阻抗为Rg的传输线，实现良好的输入匹配。另外，所述N+1段传输线还用于实现所述辅功放之间的相位同步。请继续参照图1所示，所述DEPA还包括功分器Splitter、主功放的输入匹配网络IMN_M、相位补偿线Delay、辅功放的整体输入匹配网络IMN_A以及宽带后匹配网络PMN。其中，所述功分器Splitter为一宽带功分器，用于将输入功率合理的分配到主功放和辅功放，常用的功分比为3dB，实际的功分比可以根据需要进行调整，本专利技术对此不作限制。所述主功放的输入匹配网络IMN_M，用于将主功放晶体管的输入阻抗匹配到标准阻抗50欧姆。所述相位补偿线Delay为特性阻抗为50欧姆的传输线，用于实现主辅功放的相位对齐，通过选择合适的辅功放输入匹配网络，Delay也可以被吸收进IMN_A中。所述辅功放的整体输入匹配网络IMN_A，用于将辅功放的分布式匹配阻抗Rg匹配到标准阻抗50欧姆。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于分布式输入输出结构的高回退效率功率放大器，其特征在于，包括：主功放、辅功放、位于所述主功放和辅功放的输出端的分布式功率合成网络以及位于所述辅功放输入端的分布式匹配网络。
【技术特征摘要】
1.一种基于分布式输入输出结构的高回退效率功率放大器，其特征在于，包括：主功放、辅功放、位于所述主功放和辅功放的输出端的分布式功率合成网络以及位于所述辅功放输入端的分布式匹配网络。2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述分布式功率合成网络包括N段特性阻抗分别为Zd0、Zd1、Zd2、...、ZdN-1的四分之一波长线。3.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述分布式匹配网络包括N+1段特性阻抗分别为Zg0、Zg1、Zg2、...、ZgN的传输线。4.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述分布式匹配网络还包括N个电容Cg1、Cg2、...、CgN，每个电容的第一端与一段所述传输线连接，第二端接地。5.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大器包括N个所述辅功放...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕关胜，陈文华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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