一种多尔蒂功率放大器及其输入信号处理方法技术

本发明专利技术涉及一种多尔蒂功率放大器及其输入信号处理方法。本发明专利技术的多尔蒂功率放大器包括限幅控制单元、峰值放大器、载波放大器，所述限幅控制单元包括耦合器、检波电路、控制电路，其特征在于：还包括输入信号处理单元，所述输入信号处理单元包括功率分配器、第一环形器、第一限幅器、第二环形器、第二限幅器；所述输入信号处理单元的输入端接射频输入信号，所述输入信号处理单元的第一输出端接载波放大器的输入端，所述输入信号处理单元的第二输出端接峰值放大器的输入端，所述输入信号处理单元的控制端接控制电路的输出端。本发明专利技术的输入信号处理方法能够有效提高多尔蒂功率放大器的饱和输出功率，改善多尔蒂功率放大器的线性度。

A dorty power amplifier and its input signal processing method

The invention relates to a dorty power amplifier and an input signal processing method thereof. The dorty power amplifier of the invention includes a limiting control unit, a peak amplifier and a carrier amplifier. The limiting control unit includes a coupler, a detection circuit and a control circuit, which is characterized in that it also includes an input signal processing unit, which includes a power distributor, a first circulator, a first limiter, a second circulator and a second limiter The input of the input signal processing unit is connected with the RF input signal, the first output of the input signal processing unit is connected with the input of the carrier amplifier, the second output of the input signal processing unit is connected with the input of the peak amplifier, and the control of the input signal processing unit is connected with the output of the control circuit. The input signal processing method of the invention can effectively improve the saturated output power of the dorty power amplifier and the linearity of the dorty power amplifier.

【技术实现步骤摘要】
一种多尔蒂功率放大器及其输入信号处理方法
本专利技术属于无线通信
，特别是涉及一种多尔蒂功率放大器及其输入信号处理方法。
技术介绍
多尔蒂功率放大器技术是目前提高功率放大器效率的一种常用技术。理想多尔蒂功率放大器的基本原理是利用一对放大器的并行组合来对信号进行放大，其中载波放大器工作于AB类，峰值放大器工作于C类，并且该C类放大器只有在峰值到来时才导通，两个放大器由输入功率分配器和输出合路器连接。随着5G移动通信的到来，经典多尔蒂功率放大器在宽带信号，例如80-200MHz、高峰均比PAPR7.5-12dB工作时，通常采取牺牲回退小信号效率以满足线性度等多项指标的要求。多尔蒂功率放大器工作在大射频输入信号时，载波放大器和峰值放大器互相有源负载牵引至最大饱和功率输出，但实际应用时，峰值放大器由于工作在深C类而导致其饱和增益和饱和功率，相比载波放大器均有一定的差距，从而导致多尔蒂功率放大器功率合成时载波放大器已过饱和，但峰值放大器仍未饱和。多尔蒂功率放大器实际应用时根据射频输入信号的大小以及载波放大器输入端状态而存在三类主要的工作区域：小信号区域，大信号区域和饱和区域。在不同工作区域下，载波放大器和峰值放大器的工作状态和特性也不一致，对于峰值放大器尤为明显。当多尔蒂功率放大器工作在小信号区域时，峰值放大器处于夹断状态，此时射频输入信号在功率分配器和峰值放大器之间来回反射，所形成的驻波进一步影响到功率分配器输入端，从而影响到多尔蒂功率放大器的性能。此外，当多尔蒂功率放大器工作在大信号区域或饱和状态时，射频输入信号在处于互相牵引状态下的载波放大器和峰值放大器之间的分配是动态变化的，尤其在饱和区域下，射频输入信号的分配需要根据载波放大器的工作状态而进行动态调整，以实现载波放大器和峰值放大器均达到饱和工作状态。中国专利申请201110110311.X公开了“一种多合体功率放大器及其实现方法”，该方案采用射频开关电路控制峰值放大电路的导通，当峰值放大支路的输入信号增大至射频开关的导通电平时，射频开关导通，使得峰值放大器导通，当峰值放大支路的输入信号小于射频开关的导通电平时，射频开关关断，即峰值放大器支路被切断，因此避免了峰值放大器支路的功率反射。然而，该方案无法解决多尔蒂功率放大器工作在大信号区域时的载波放大器支路和峰值放大器支路都存在的功率反射问题。并且，当多尔蒂功率放大器工作在大信号区域和饱和区域时，该方案无法控制载波放大器支路和峰值放大器支路的射频输入信号的分配比例，尤其是在饱和区域时，无法通过调整射频输入信号的分配比例来实现载波放大器和峰值放大器均达到饱和工作状态。中国专利申请201380076710.6公开了一种“射频功放处理方法、Doherty功率放大器与无线收发设备”，该方案采用功率反射器控制射频输入信号，当射频输入信号的功率小于预设输入功率时，功率反射器控制全部射频输入信号输入到载波放大器，避免了峰值放大器支路的功率反射。然而，当多尔蒂功率放大器工作在大信号区域和饱和区域时，峰值放大器根据功率反射器所反射的信号来实现开启，但是反射信号的功率存在或过大或过小的问题，这使得峰值放大器无法稳定工作在最佳状态。此外，多尔蒂功率放大器还存在记忆效应，从而降低工作效率，不容忽视。由于时延、驻波等原因造成不同时刻的射频输入信号叠加，是记忆效应产生的重要因素。然而，现有技术中并未对记忆效应提出解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服现有技术所存在的不足而提出一种多尔蒂功率放大器及其输入信号处理方法，本专利技术能够在小信号工作区域下，减少射频输入信号在峰值放大器和功率分配器之间的来回反射，从而减少记忆效应；在大信号工作区域下，尤其是在饱和工作区域下，动态可控的实现载波放大器和峰值放大器之间的功率分配，提高多尔蒂功率放大器的饱和输出功率、改善多尔蒂功率放大器的线性度。根据本专利技术提出的一种多尔蒂功率放大器，包括限幅控制单元、峰值放大器、载波放大器，所述限幅控制单元包括耦合器、检波电路、控制电路，其特征在于：还包括输入信号处理单元，所述输入信号处理单元包括功率分配器、第一环形器、第一限幅器、第二环形器、第二限幅器；所述输入信号处理单元的输入端接射频输入信号，所述输入信号处理单元的第一输出端接载波放大器的输入端，所述输入信号处理单元的第二输出端接峰值放大器的输入端，所述输入信号处理单元的控制端接控制电路的输出端；其中：射频输入信号经所述功率分配器输入到输入信号处理单元；射频输入信号接所述第一环形器的第一端，所述第一环形器的第二端接所述第一限幅器的第一端，所述第一环形器的第三端经负载接地；射频输入信号接所述第二环形器的第一端，所述第二环形器的第二端接所述第二限幅器的第一端，所述第二环形器的第三端经负载接地；所述第一限幅器的第二端接所述载波放大器的输入端，第二限幅器的第二端接所述峰值放大器的输入端；所述控制电路的输出端同时接所述第一限幅器的控制端和所述第二限幅器的控制端。本专利技术提出的一种多尔蒂功率放大器的进一步优选方案是：所述第一环形器为第一端向第二端单向传输功率、第二端向第三端单向传输功率、第三端与第一端之间无功率传输的环形器，所述第二环形器为第一端向第二端单向传输功率、第二端向第三端单向传输功率、第三端与第一端之间无功率传输的环形器。所述第一环形器的负载端最大吸收功率PC1、载波放大器的最大输入功率PA1和第一限幅器的反射功率系数αL1之间的关系满足：PC1>2×(PA1×αL1)。所述第二环形器的负载端最大吸收功率PC2、峰值放大器的最大输入功率PA2和第二限幅器的反射功率系数αL2之间的关系满足：PC2>2×(PA2×αL2)。所述第一限幅器和第二限幅器采用压控变容二极管；其中：所述第一限幅器的反射功率系数αL1、载波放大器的增益压缩特性函数fA1(Pin1)和输出饱和功率P’A1之间的关系满足：P′A1＝Pin1×(1-αL1)×fA1(Pin1)；所述第二限幅器的反射功率系数αL2、峰值放大器的增益压缩特性函数fA2(Pin2)和输出饱和功率P’A2之间的关系满足：P′A2＝Pin2×(1-αL2)×fA2(Pin2)；其中：fA1(Pin1)是时间Pin1的单调函数，fA2(Pin2)是时间Pin2的单调函数。所述多尔蒂功率放大器的载波放大器与峰值放大器是相同或不相同的放大器。所述检波电路是检波二极管。根据本专利技术提出的一种多尔蒂功率放大器的输入信号处理方法，其特征在于：具体是用于包括输入信号处理单元、限幅控制单元、峰值放大器和载波放大器的多尔蒂功率放大器，所述输入信号处理单元包括功率分配器、第一环形器、第一限幅器、第二环形器、第二限幅器，所述限幅控制单元包括耦合器、检波电路、控制电路；所述输入信号处理单元的输入端接射频输入信号，所述输入信号处理单元的第一输出端接载波放大器的输入端，所述输入信号处理单元的第二输出端接峰值放大器的输入端，所述输入信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多尔蒂功率放大器，包括限幅控制单元(200)、峰值放大器(7)、载波放大器(8)，所述限幅控制单元(200)包括耦合器(1)、检波电路(9)、控制电路(10)，其特征在于：还包括输入信号处理单元(100)，所述输入信号处理单元(100)包括功率分配器(2)、第一环形器(3)、第一限幅器(4)、第二环形器(5)、第二限幅器(6)；所述输入信号处理单元(100)的输入端接射频输入信号，所述输入信号处理单元(100)的第一输出端接载波放大器(8)的输入端，所述输入信号处理单元(100)的第二输出端接峰值放大器(7)的输入端，所述输入信号处理单元(100)的控制端接控制电路(10)的输出端；其中：/n射频输入信号经所述功率分配器(2)输入到输入信号处理单元(100)；/n射频输入信号接所述第一环形器(3)的第一端，所述第一环形器(3)的第二端接所述第一限幅器(4)的第一端，所述第一环形器(3)的第三端经负载接地；/n所述射频输入信号接所述第二环形器(5)的第一端，所述第二环形器(5)的第二端接所述第二限幅器(6)的第一端，所述第二环形器(5)的第三端经负载接地；/n所述第一限幅器(4)的第二端接所述载波放大器(8)的输入端，所述第二限幅器(6)的第二端接所述峰值放大器(7)的输入端；/n所述控制电路(10)的输出端同时接所述第一限幅器(4)的控制端和所述第二限幅器(6)的控制端。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多尔蒂功率放大器，包括限幅控制单元(200)、峰值放大器(7)、载波放大器(8)，所述限幅控制单元(200)包括耦合器(1)、检波电路(9)、控制电路(10)，其特征在于：还包括输入信号处理单元(100)，所述输入信号处理单元(100)包括功率分配器(2)、第一环形器(3)、第一限幅器(4)、第二环形器(5)、第二限幅器(6)；所述输入信号处理单元(100)的输入端接射频输入信号，所述输入信号处理单元(100)的第一输出端接载波放大器(8)的输入端，所述输入信号处理单元(100)的第二输出端接峰值放大器(7)的输入端，所述输入信号处理单元(100)的控制端接控制电路(10)的输出端；其中：
射频输入信号经所述功率分配器(2)输入到输入信号处理单元(100)；
射频输入信号接所述第一环形器(3)的第一端，所述第一环形器(3)的第二端接所述第一限幅器(4)的第一端，所述第一环形器(3)的第三端经负载接地；
所述射频输入信号接所述第二环形器(5)的第一端，所述第二环形器(5)的第二端接所述第二限幅器(6)的第一端，所述第二环形器(5)的第三端经负载接地；
所述第一限幅器(4)的第二端接所述载波放大器(8)的输入端，所述第二限幅器(6)的第二端接所述峰值放大器(7)的输入端；
所述控制电路(10)的输出端同时接所述第一限幅器(4)的控制端和所述第二限幅器(6)的控制端。


2.根据权利要求1所述的一种多尔蒂功率放大器，其特征在于：所述第一环形器(3)为第一端向第二端单向传输功率、第二端向第三端单向传输功率、第三端与第一端之间无功率传输的环形器；所述第二环形器(5)为第一端向第二端单向传输功率、第二端向第三端单向传输功率、第三端与第一端之间无功率传输的环形器；
所述第一环形器(3)的负载端最大吸收功率PC1、载波放大器(8)的最大输入功率PA1和第一限幅器(4)的反射功率系数αL1之间的关系满足：PC1>2×(PA1×αL1)；
所述第二环形器(5)的负载端最大吸收功率PC2、峰值放大器(7)的最大输入功率PA2和第二限幅器(6)的反射功率系数αL2之间的关系满足：PC2>2×(PA2×αL2)。


3.根据权利要求2所述的一种多尔蒂功率放大器，其特征在于：第一限幅器(4)和第二限幅器(6)均为压控变容二极管；其中：
所述第一限幅器(4)的反射功率系数αL1、载波放大器(8)的增益压缩特性函数fA1(Pin1)和输出饱和功率P’A1之间的关系满足：P′A1＝Pin1×(1-αL1)×fA1(Pin1)；
所述第二限幅器(6)的反射功率系数αL2、峰值放大器(7)的增益压缩特性函数fA2(Pin2)和输出饱和功率P’A2之间的关系满足：P′A2＝Pin2×(1-αL2)×fA2(Pin2)；
其中：fA1(Pin1)是时间Pin1的单调函数，fA2(Pin2)是时间Pin2的单调函数。


4.根据权利要求1所述的一种多尔蒂功率放大器，其特征在于：所述多尔蒂功率放大器的载波放大器(8)与峰值放大器(7)是相同或不相同的放大器。


5.根据权利要求1所述的一种多尔蒂功率放大器，其特征在于：检波电路(9)是检波二极管。


6.一种多尔蒂功率放大器的输入信号处理方法，其特征在于：具体是用于包括输入信号处理单元(100)、限幅控制单元(200)、峰值放大器(7)和载波放大器(8)的多尔蒂功率放大器，所述输入信号处理单元(100)包括功率分配器(2)、第一环形器(3)、第一限幅器(4)、第二环形器(5)、第二限幅器(6)，所述限幅控制单元(200)包括耦合器(1)、检波电路(9)、控制电路(10)；所述输入信号处理单元(100)的输入端接射频输入信号，所述输入信号处理单元(100)的第一输出端接载波放大器(8)的输入端，所述输入信号处理单元(100)的第二输出端接峰值放大器(7)的输入端，所述输入信号处理单元(100)的控制端接控制电路(10)的输出端；所述输入信号处理方法的具体步骤如下：
步骤S1，输入信号检测：检波电路(9)检测多尔蒂功率放大器的射频输入信号的功率电平大小，并将检测结果传递给控制电路(10)；
步骤S2，小信号区域的判别与控制：若射频输入信号的功率电平小于第一门...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾瑞锋，陈志勇，张振东，陈新宇，
申请(专利权)人：南京国博电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32