伪Doherty式自输入控制的负载调制平衡类功率放大器及其实现方法技术

本发明专利技术公开了伪Doherty式自输入控制的负载调制平衡类功率放大器及其实现方法，包括两个正交耦合器、两个功率放大电路、控制信号电路、功分器、相位延迟线和隔离电阻，其中，控制信号电路通过将功分器输出的信号进行功率放大来实现所需的控制信号。同时，将平衡类功放设置成峰值功放，控制信号电路设置成载波功放，来构成类似于Doherty的结构特征。对于现有技术，本发明专利技术通过使用正交耦合器引入自输入的控制信号来实现的负载调制类功率放大器，增大了负载调制类功率放大器的工作带宽，并且将平衡类功放当作峰值功放，控制信号电路当作载波功放，来构成类似于Doherty的结构特征，提高了负载调制类功放功率回退范围和此范围内的效率。

【技术实现步骤摘要】
伪Doherty式自输入控制的负载调制平衡类功率放大器及其实现方法
本专利技术涉及无线通讯
，尤其涉及一种伪Doherty式自输入控制的负载调制平衡类功率放大器及其实现方法。
技术介绍
随着无线通信技术的快速发展，射频微波技术在人们的日常生活中越来越重要。现代无线通信标准依赖于以高频谱效率为特征的调制信号，以便优化稀缺频谱资源的使用。然而，常规功率放大器(PA)，如AB类，放大这种高峰均功率比(PAPR)的调制信号，往往显示出非常低的效率。目前广泛采用的效率增强技术如Doherty和Chireix代表的负载调制技术能使其在功率回退处也保持较高的效率。但随着通信技术的快速发展，调制方式也越加地复杂，传统的Doherty和Chireix调制类功率放大器的窄带特性越来越不能满足当今无线通信系统的要求，因此，急需研制出新型宽带高功率回退范围的射频功率放大器以满足当前及未来无线通信系统高传输速率的要求。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，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种伪Doherty式自输入控制的负载调制平衡类功率放大器及其实现方法，通过在传统的平衡类功率放大器的基础上引入矢量控制信号，输入端信号经过变换后直接产生需要的控制信号，通过控制信号的幅度和相位特性使构成的功率放大器具有宽带负载调制特性。此外，还创造性提出了利用控制放大器支路作为载波功放，平衡式放大器支路作为峰值功放，从而构成了伪Doherty式的结构特征，继而提出了简单的确定控制信号幅度和相位的方法。为了克服现有技术的缺陷，本专利技术采用以下技术方案：伪Doherty式自输入控制的负载调制平衡类功率放大器，至少包括功率分配器、控制信号产生电路和平衡类功率放大器，所述功率分配器用于将输入信号分为第一信号和第二信号分别输出给所述控制信号产生电路和平衡类功率放大器，所述控制信号产生电路被配置为载波功放，至少设置第三功率放大电路C，用于根据第一信号产生控制信号；所述平衡类功率放大器被配置为峰值功放，至少包括第一正交耦合器、第一功率放大电路A、第二功率放大电路B和第二正交耦合器，其中，所述第一正交耦合器用于将第二信号转化成两路正交信号分别输出所述第一功率放大电路A和第二功率放大电路B，所述第一功率放大电路A的输出端与所述第二正交耦合器的第四端相连接，所述第二功率放大电路B的输出端与所述第二正交耦合器的第二端相连接，所述第二正交耦合器的第三端与控制信号相连接，所述第二正交耦合器的第一端输出信号至负载。作为进一步的改进方案，还设置相位延迟线，所述相位延迟线用于设置所述控制信号输出固定相位。作为进一步的改进方案，所述相位延迟线设置在平衡类功率放大器的前端，用于设置所述控制信号输出固定负相位。作为进一步的改进方案，控制信号产生电路中，所述第三功率放大电路C采用为AB类功率放大器；平衡类功率放大器中，第一功率放大电路A和第二功率放大电路B均采用C类功率放大器。作为进一步的改进方案，功率放大电路包括依次串接的输入匹配电路、功率晶体管、输出匹配电路；其中，第三功率放大电路C采用CGH40006P晶体管，第一功率放大电路A和第二功率放大电路B均采用CGH40010F晶体管。作为进一步的改进方案，还包括隔离电阻，所述隔离电阻的一端接地，其另一端与第一正交耦合器隔离端相连接，用于使输入输出信号进行隔离。作为进一步的改进方案，所述功率分配器采用两级的威尔金森功分器。作为进一步的改进方案，所述第一正交耦合器和第二正交耦合器为3dB正交耦合器。本专利技术还公开了伪Doherty式自输入控制的负载调制平衡类功率放大器的实现方法，包括以下步骤：步骤S1：设计一个宽带的平衡类功率放大器并配置为峰值功放，其中，两路功放的输出端分别与第二正交耦合器的第二端口和第四端口相连接；步骤S2：设计并调试完成控制信号产生电路并配置载波功放，使其根据输入信号直接产生控制信号；步骤S3：设计并调试完成一个宽带化的功率分配器，以实现自输入控制的功率放大器；步骤S4：将控制信号接入到第二正交耦合器的第三端口，从而使第二正交耦合器的第一端口输出具有宽带负载调制特性。作为进一步的改进方案，还包括以下步骤：根据实际应用需求调节控制信号的相位使其为固定相位。相对于现有技术，本专利技术通过使用正交耦合器外加控制信号来实现可重构的负载调制类功率放大器，同时该控制信号是由输入信号根据要求产生，不需额外引入无关信号，增大了负载调制类功率放大器的工作带宽。此外，创造性地将控制信号产生电路作为载波功放，平衡类功率放大器作为峰值功放，从而构成了伪Doherty式的结构特征，利用载波功放和峰值功放之间的功率不对称来显著地提高此类负载调制平衡类功放的功率回退范围，还为负载调制平衡类功放提供了极佳的负载调制的阻抗轨迹，使整个功放在整个功率回退范围内都能实现效率的最大化。进一步提出了简单的确定控制信号幅度和相位的方法，给出了具体的回退范围的定量公式，只需设置一个固定的控制信号的相位(而不必将相位作为功率的函数)就能实现功放的极佳负载调制的阻抗轨迹，这简化了电路和系统的复杂性。附图说明图1是本专利技术中一种伪Doherty式自输入控制的负载调制平衡类功率放大器的结构示意图。图2为功放各个阶段的等效原理图；图3为图1中正交耦合器具体原理图；图4不同相位对应的负载阻抗轨迹扫描曲线；图5是本专利技术中功放与其他类似功放的性能对比图。图6是利用ADS软件模拟本专利技术的仿真数据图。图7是本专利技术伪Doherty式自输入控制的负载调制平衡类功率放大器实现方法的流程示意图。具体实施方式以下结合说明书附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明。参见图1，所示为本专利技术伪Doherty式自输入控制的负载调制平衡类功率放大器的原理框图，至少包括功率分配器、控制信号产生电路和平衡类功率放大器，所述功率分配器用于将输入信号分为第一信号和第二信号分别输出给所述控制信号产生电路和平衡类功率放大器，所述控制信号产生电路被配置为载波功放，至少设置第三功率放大电路C，用于根据第一信号产生控制信号；所述平衡类功率放大器被配置为峰值功放，至少包括第一正交耦合器、第一功率放大电路A、第二功率放大电路B和第二正交耦合器，其中，所述第一正交耦合器用于将第二信号转化成两路正交信号分别输出所述第一功率放大电路A和第二功率放大电路B，所述第一功率放大电路A的输出端与所述第二正交耦合器的第四端相连接，所述第二功率放大电路B的输出端与所述第二正交耦合器的第二端相连接，所述第二正交耦合器的第三端与控制信号相连接，所述第二正交耦合器的第一端输出信号至负载。在另一种优选实施方式中，如图1所示，伪Doherty式自输入控制的负载调制平衡类功率放大器包括两个正交耦合器、平衡类功率放大器(具有两个功率放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.伪Doherty式自输入控制的负载调制平衡类功率放大器，其特征在于，至少包括功率分配器、控制信号产生电路和平衡类功率放大器，所述功率分配器用于将输入信号分为第一信号和第二信号分别输出给所述控制信号产生电路和平衡类功率放大器，所述控制信号产生电路被配置为载波功放，至少设置第三功率放大电路C，用于根据第一信号产生控制信号；/n所述平衡类功率放大器被配置为峰值功放，至少包括第一正交耦合器、第一功率放大电路A、第二功率放大电路B和第二正交耦合器，其中，所述第一正交耦合器用于将第二信号转化成两路正交信号分别输出所述第一功率放大电路A和第二功率放大电路B，所述第一功率放大电路A的输出端与所述第二正交耦合器的第四端相连接，所述第二功率放大电路B的输出端与所述第二正交耦合器的第二端相连接，所述第二正交耦合器的第三端与控制信号相连接，所述第二正交耦合器的第一端输出信号至负载。/n

【技术特征摘要】
1.伪Doherty式自输入控制的负载调制平衡类功率放大器，其特征在于，至少包括功率分配器、控制信号产生电路和平衡类功率放大器，所述功率分配器用于将输入信号分为第一信号和第二信号分别输出给所述控制信号产生电路和平衡类功率放大器，所述控制信号产生电路被配置为载波功放，至少设置第三功率放大电路C，用于根据第一信号产生控制信号；
所述平衡类功率放大器被配置为峰值功放，至少包括第一正交耦合器、第一功率放大电路A、第二功率放大电路B和第二正交耦合器，其中，所述第一正交耦合器用于将第二信号转化成两路正交信号分别输出所述第一功率放大电路A和第二功率放大电路B，所述第一功率放大电路A的输出端与所述第二正交耦合器的第四端相连接，所述第二功率放大电路B的输出端与所述第二正交耦合器的第二端相连接，所述第二正交耦合器的第三端与控制信号相连接，所述第二正交耦合器的第一端输出信号至负载。


2.根据权利要求1所述的伪Doherty式自输入控制的负载调制平衡类功率放大器，其特征在于，还设置相位延迟线，所述相位延迟线用于设置所述控制信号输出固定相位。


3.根据权利要求2所述的伪Doherty式自输入控制的负载调制平衡类功率放大器，其特征在于，所述相位延迟线设置在平衡类功率放大器的前端，用于设置所述控制信号输出固定负相位。


4.根据权利要求1所述的伪Doherty式自输入控制的负载调制平衡类功率放大器，其特征在于，控制信号产生电路中，所述第三功率放大电路C采用为AB类功率放大器；平衡类功率放大器中，第一功率放大电路A和第二功率放大电路B均采用C类功率放大器。


5.根据权利要求4所述的伪Doherty式自输入控制的负载调制平衡类功率放...

【专利技术属性】
技术研发人员：程知群，张志维，柯华杰，刘国华，
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