低损耗多尔蒂效率增强型负载调制平衡功放及其实现方法技术

本发明专利技术公开了一种低损耗多尔蒂效率增强型负载调制平衡功放及其实现方法，该功率放大器包括非等分输入功分器模块(1)、平衡式功率放大器电路模块(2)、控制信号功率放大模块(3)和相位延迟模块(4)；所述平衡式功率放大器电路模块(2)为主路，所述控制信号功率放大模块(3)为辅路，实现辅路对主路的负载调制功能；同时在主路中加入阻抗变换器完成类似多尔蒂功放的负载调制功能。本发明专利技术通过低损耗平衡功分器模块代替传统负载调制平衡放大器(LMBA)的输入耦合器以降低信号传输损耗，通过非等分输入功分器模块代替传统LMBA的双输入架构以降低系统复杂度，加入阻抗变换器提高了LMBA在回退范围内的效率。退范围内的效率。退范围内的效率。

【技术实现步骤摘要】
低损耗多尔蒂效率增强型负载调制平衡功放及其实现方法


[0001]本专利技术涉及无线射频电路
，特别是涉及一种低损耗多尔蒂效率增强型负载调制平衡功放及其实现方法。

技术介绍

[0002]最近几年以来，第五代移动通信技术(5G)的商用与发展让更多人体验到大带宽和高速率的信息传输带来的便利，但随之而来的便是占用大量的频谱资源。目前5G的主要频段为Sub
‑
6GHz频段，该频段的频谱资源需要得到更加充分地利用。为了高效地使用日益紧缺的频谱资源，高峰值平均功率比(PAPR)的调制信号被广泛采用。为了保证无限通信质量所需要的高线性度要求，功率放大器需要经常工作在回退状态下并且具有较高的效率。
[0003]功率回退法相当于把晶体管从输出高功率状态转变为输出低功率状态，过度地牺牲直流功耗导致效率下降和散热困难。因此需要采取手段使之在饱和状态和回退状态都能保持较高的效率，例如包络跟踪技术和多尔蒂的负载调制技术等，但这些技术的窄带特性越来越无法满足现在超宽带无线射频通信要求，需要新型的宽带高回退效率的功放架构来改善通信性能。在近几年提出的负载调制平衡式功率放大器(LMBA),其宽带特性得以展现，但回退效率尚未达到类似多尔蒂的性能提升效果，而且复杂的双输入架构增加了系统的复杂度，实有必要进行研究并给出解决方法，以解决现有技术中的缺陷。

技术实现思路

[0004]技术问题：本专利技术的目的是提供一种低损耗多尔蒂效率增强型负载调制平衡功放及其实现方法，能够降低传统的LMBA在信号传输中的损耗以及进一步提升回退范围内的效率。
[0005]技术方案：本专利技术的一种低损耗多尔蒂效率增强型负载调制平衡功放包括非等分输入功分器模块、平衡式功率放大器电路模块、控制信号功率放大模块和相位延迟模块；
[0006]所述平衡式功率放大器电路模块为主路，包括低损耗平衡功分器模块、第二相位延迟模块、功率放大器电路模块、正交耦合器模块和第一阻抗变换器模块、第二阻抗变换器模块、第三阻抗变换器模块；其中所述功率放大器电路模块包括第二输入匹配、第二功率放大器、第二输出匹配和第三输入匹配、第三功率放大器、第三输出匹配；
[0007]所述控制信号功率放大模块为辅路，包括第一输入匹配、第一功率放大器、第一输出匹配；
[0008]所述非等分输入功分器模块将输入信号分成两路信号，第一路信号经过相位延迟模块顺序通过控制信号功率放大模块的第一输入匹配、第一功率放大器、第一输出匹配端，再由第一输出匹配端输出到正交耦合器模块的第3输入端口；第二路信号进入平衡式功率放大器电路模块中的低损耗平衡功分器模块再分成两路信号，一路信号顺序通过功率放大器电路模块的第二输入匹配，再经过第二功率放大器、第二输出匹配端、第一阻抗变换器模块到正交耦合器模块的第1输入端口，另一路信号通过第二相位延迟模块顺序通过功率放
大器电路模块的第三输入匹配、第三功率放大器、第三输出匹配、第二阻抗变换器模块到正交耦合器模块的第3输入端口；正交耦合器模块的输出通过第三阻抗变换器模块输出信号。
[0009]其中，
[0010]所述的低损耗平衡功分器模块用于将信号等分为完全相同的两路信号，代替传统平衡式功率放大器的输入耦合器。
[0011]所述功率放大器电路模块和所述正交耦合器模块之间加入了第一阻抗变换器和第二阻抗变换器模块，所述第一阻抗变换器模块和第二阻抗变换器用于在回退范围之前让所述第二功率放大器和第三功率放大器达到预饱和效果。
[0012]所述正交耦合器模块和最终输出之间加入了宽带的第三阻抗变换器模块，所述第三阻抗变换器模块用于将所述正交耦合器模块的特征阻抗转化为50Ω。
[0013]所述低损耗平衡功分器模块采用等分分支线功分器。
[0014]所述功率放大器电路模块包括依次连接的输入匹配、功率放大器晶体管和输出匹配；其中，第一功率放大器采用C类功率放大器，第二功率放大器和第三功率放大器采用AB类功率放大器。
[0015]所述非等分输入功分器模块采用非等分分支线功分器，产生的第二路信号比第一路信号大3dB，有别于传统LMBA的双输入结构，降低了系统的复杂度。
[0016]所述正交耦合器模块采用3dB正交分支线耦合器。
[0017]本专利技术的低损耗多尔蒂效率增强型负载调制平衡功放的实现方法包括以下步骤：
[0018]S1.设计一个低损耗平衡功分器模块，并在其中一个输出端加入90
°
的相位延迟模块；
[0019]S2.设计一个宽带3dB正交耦合器模块，用于主路和辅路信号合成以及总信号的输出，并在正交耦合器模块输出端口处加入宽带的第二种阻抗变换器，用于将耦合器特征阻抗转变为50Ω；
[0020]S3.设计一个宽带的平衡式功率放大器电路作为主路，其中，第二功率放大器一路的输出端与设计的正交耦合器第1输入端口连接，第三功率放大器一路的输出端与设计的正交耦合器第2输入端口连接，并调整第一阻抗变换器，完成类似多尔蒂功率放大器的负载调制作用；
[0021]S4.设计一个控制信号功率放大模块作为辅助路，放大合适的控制信号，并连接到设计的正交耦合器的第3输入端口；
[0022]S5.设计一个宽带非等分输入功分器模块，将输入信号分成两部分信号，产生的第二路信号比第一路信号大3dB；
[0023]S6.调整产生的第一路信号与控制信号功率放大模块之间的相位延迟模块，优化LMBA的负载调制效果，使之总体效果符合设计要求。
[0024]本专利技术通过低损耗平衡功分器模块代替传统平衡式功率放大器的输入耦合器以降低信号传输损耗；通过非等分输入功分器模块代替传统LMBA的双输入架构，大大降低了系统的复杂度；通过加入阻抗变换器实现多尔蒂功率放大器的效率提升方法，提高了负载调制平衡式功率放大器在回退范围内的效率。
[0025]有益效果：本专利技术相比传统的负载调制平衡放大器相比具有以下优点：
[0026]1)通过低损耗平衡功分器模块，相比传统耦合器提高了系统带宽，并且降低了系
统传输损耗，还令平衡式功率放大器在带宽内的两路相位差值更加稳定的接近于90
°
；
[0027]2)通过非等分输入功分器模块代替传统LMBA的双输入架构，调整相位延迟模块以达到LMBA的负载调制效果，从而大大降低了系统的复杂度。
[0028]3)通过加入阻抗变换器实现类多尔蒂功率放大器的效率提升方法，提高了负载调制平衡式功率放大器在回退范围内的效率，提高了系统的性能。
附图说明
[0029]图1是本专利技术系统结构框图；
[0030]图2是本专利技术中正交耦合器的结构框图；
[0031]图3是本专利技术具体实施方式中使用传统耦合器和低损耗功分器的传输损耗对比图；
[0032]图4是本专利技术具体实施方式中使用传统耦合器和低损耗功分器的相位损耗对比图；
[0033]图5是本专利技术的理想效率曲线与传统LMBA和传统AB类功率放大器对比图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低损耗多尔蒂效率增强型负载调制平衡功放，其特征在于：该功率放大器包括非等分输入功分器模块(1)、平衡式功率放大器电路模块(2)、控制信号功率放大模块(3)和相位延迟模块(4)；所述平衡式功率放大器电路模块(2)为主路，包括低损耗平衡功分器模块(21)、第二相位延迟模块(22)、功率放大器电路模块(23)、正交耦合器模块(24)和第一阻抗变换器模块(251)、第二阻抗变换器模块(252)、第三阻抗变换器模块(253)；其中所述功率放大器电路模块(23)包括第二输入匹配(231)、第二功率放大器(232)、第二输出匹配(233)和第三输入匹配(234)、第三功率放大器(235)、第三输出匹配(236)；所述控制信号功率放大模块(3)为辅路，包括第一输入匹配(31)、第一功率放大器(32)、第一输出匹配(33)；所述非等分输入功分器模块(1)将输入信号分成两路信号，第一路信号经过相位延迟模块(4)顺序通过控制信号功率放大模块(3)的第一输入匹配(31)、第一功率放大器(32)、第一输出匹配端(33)，再由第一输出匹配端(33)输出到正交耦合器模块(24)的第3输入端口；第二路信号进入平衡式功率放大器电路模块(2)中的低损耗平衡功分器模块(21)再分成两路信号，一路信号顺序通过功率放大器电路模块(23)的第二输入匹配(231)，再经过第二功率放大器(232)、第二输出匹配端(233)、第一阻抗变换器模块(251)到正交耦合器模块(24)的第1输入端口，另一路信号通过第二相位延迟模块(22)顺序通过功率放大器电路模块(23)的第三输入匹配(234)、第三功率放大器(235)、第三输出匹配(236)、第二阻抗变换器模块(252)到正交耦合器模块(24)的第3输入端口；正交耦合器模块(24)的输出通过第三阻抗变换器模块(253)输出信号。2.根据权利要求1所述的低损耗多尔蒂效率增强型负载调制平衡功放，其特征在于，所述的低损耗平衡功分器模块(21)用于将信号等分为完全相同的两路信号，代替传统平衡式功率放大器的输入耦合器。3.根据权利要求1所述的低损耗多尔蒂效率增强型负载调制平衡功放，其特征在于，所述功率放大器电路模块(23)和所述正交耦合器模块(24)之间加入了第一阻抗变换器(251)和第二阻抗变换器模块(252)，所述第一阻抗变换器模块(251)和第二阻抗变换器(252)用于在回退范围之前让所述第二功率放大器...

【专利技术属性】
技术研发人员：余超，于路琦，陈鹏，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：