一种宽带连续型Doherty功率放大器的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种宽带连续型Doherty功率放大器的设计方法，至少包括以下步骤：步骤S1：根据目标频带设计一宽带等分功分器；步骤S2：构建Doherty功率放大器结构，在目标频带内，对所使用的功率放大器进行源牵引和负载牵引，得到最佳功率和最佳效率点的阻抗；步骤S3：根据步骤S2得到的最佳源阻抗设计输入匹配电路；步骤S4：根据步骤S2得到的最佳负载阻抗设计载波功放的阻抗匹配网络；步骤S5：根据步骤S2得到的最佳负载阻抗设计峰值功放的阻抗匹配网络；步骤S6：设计后匹配电路；步骤S7：设计相位补偿线电路；步骤S8：将上述设计电路搭建为整体电路，得到宽带连续型Doherty功率放大器。得到宽带连续型Doherty功率放大器。得到宽带连续型Doherty功率放大器。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带连续型Doherty功率放大器的设计方法


[0001]本专利技术涉及无线通信
,尤其涉及一种宽带连续型Doherty功率放大器的设计方法。

技术介绍

[0002]射频微波技术在当今时代发展迅速，社会众多领域都对通讯行业技术的进步革新提出了高要求。而射频功率放大器作为射频通信模块的重要组成部分，其工作性能的高低也对整个系统的功耗起决定性作用。但当功率放大器工作在饱和区时，虽然实现了高效率，但也容易产生失真的信号。所以为了避免这种情况发生，常常让功率放大器工作在功率回退区，但此时的低效率会极大地增加功耗。针对上述问题，Doherty功率放大器被研究人员提出，并不断发展。
[0003]但传统Doherty功率放大器在设计时，主要考虑的是基波阻抗的匹配问题，这在一定程度上忽视了谐波信号对于效率和带宽的影响。目前也有一些研究成果涉及了对于谐波的控制问题，通常采用的方式是在载波功率放大模块和峰值功率放大模块的输出网络中都加入谐波抑制网络，但这样的方式会影响基波阻抗在饱和功率和功率回退两种状态下的匹配难度。
[0004]故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，确有必要提供一种宽带连续型Doherty功率放大器的设计方法，以实现覆盖5G通信商用频段。
[0006]为了解决现有技术存在的技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种宽带连续型Doherty功率放大器的设计方法，至少包括以下步骤：
[0008]步骤S1：根据目标频带设计一宽带等分功分器；
[0009]步骤S2：构建Doherty功率放大器结构，在目标频带内，对所使用的功率放大器进行源牵引和负载牵引，得到最佳功率和最佳效率点的阻抗；
[0010]步骤S3：根据S2得到的最佳源阻抗设计输入匹配电路；
[0011]步骤S4：根据S2得到的最佳负载阻抗设计载波功放的阻抗匹配网络，其中，在6dB输出功率回退情况下，将25欧姆的终端负载匹配到最佳负载阻抗；同时在饱和输出功率情况下，终端负载为50欧姆时，该阻抗匹配网络也匹配到最佳负载阻抗；
[0012]步骤S5：根据S2得到的最佳负载阻抗设计峰值功放的阻抗匹配网络，其中，在饱和输出功率情况下，将50欧姆的终端负载匹配到最佳负载阻抗，同时选定两个二次谐波频点设计两条终端开路的四分之一波长线以达到谐波抑制的目标；
[0013]步骤S6：设计后匹配电路，其中，先用电容和电感设计一个输入输出阻抗比为25:50的六阶切比雪夫低通滤波结构，再将其中两个电容C1、C2替换为电容和电感的串联电路，
最后用微带线替代电容和电感；
[0014]步骤S7：设计相位补偿线电路，其中，使得工作频带内反向峰值基波阻抗Z
P1
ˊ
在6dB输出功率回退时处于或接近开路区域，并且反向峰值二次谐波阻抗Z
P2
ˊ
处于或接近短路区域；
[0015]步骤S8：将上述设计电路搭建为整体电路，得到宽带连续型Doherty功率放大器。
[0016]作为进一步的改进方案，至少包括功分器、相位补偿线、载波功率放大模块、峰值功率放大模块和后匹配网络，其中，功分器用于将输入功率进行等分，并分别输出给载波功率放大模块、峰值功率放大模块；载波功率放大模块至少包括相位补偿线、载波功放输入偏置/匹配网络、功率放大晶体管、偏置网络和载波阻抗匹配网络；峰值功率放大模块包括、峰值功放输入匹配/偏置网络、功率放大晶体管、偏置网络、峰值谐波抑制/匹配网络和相位补偿线；载波功率放大模块和峰值功率放大模块输出合路后经后匹配网络与负载相连接。
[0017]作为进一步的改进方案，后匹配网络采用椭圆低通滤波网络。
[0018]作为进一步的改进方案，载波阻抗匹配网络由微带线TL1、TL2、TL3、TL4和隔直电容C1组成；其中，微带线TL1的一端与功率放大晶体管的漏极相连，微带线TL1的另一端与微带线TL2的一端相连，微带线TL2的另一端与微带线TL3的一端相连，微带线TL3的另一端与隔直电容C1的一端相连，隔直电容C1的另一端与微带线TL4相连；微带线TL4的另一端与后匹配电路的输入端相连。
[0019]作为进一步的改进方案，峰值谐波抑制/匹配网络的电路由微带线TL5、TL6、TL7、TL8、TL9、TL10和一隔直电容C2组成，其中，TL5的一端与功率放大晶体管的漏极相连，TL5的另一端与微带线TL6的一端相连，微带线TL6的另一端与微带线TL7、TL8、TL9的一端相连，其中微带线TL7、TL8的另一端保持开路，TL9的另一端与微带线TL10的一端相连，微带线TL10的另一端与隔直电容C2的一端相连；隔直电容C2的另一端与一条特征阻抗为50欧姆的微带线TL11相连。
[0020]作为进一步的改进方案，后匹配网络包括微带线TL12、TL13、TL14、TL15、TL16、TL17、TL18和TL19，其中，微带线TL12的一端作为后匹配网络的输入端与载波功率放大模块和峰值功率放大模块的输出端相连，微带线TL12的另一端与微带线TL13、TL15的一端相连，微带线TL13的另一端与微带线TL14的一端相连，微带线TL14的另一端保持开路，微带线TL15的另一端与微带线TL16、TL18的一端相连，微带线TL16的另一端与微带线TL17的一端相连，微带线TL17的另一端保持开路，微带线TL18的另一端与微带线TL19的一端相连。
[0021]作为进一步的改进方案，后匹配网络为椭圆低通滤波结构的集总参数元件用微带线等效替换得到的，替换过程所用到的计算公式如下所示：
[0022][0023][0024]其中，l
L
和l
C
分别表示替换电感和电容的微带线长度，Z
L
和Z
C
分别表示替换电感和电容的微带线的特征阻抗，v
p
和β分别表示微带线的相速度和传播常数，L和C分别表示电感值和电容值；
[0025]替换过程所使用的计算公式如下所示：
[0026][0027][0028][0029][0030]其中，f
TZ1
和f
TZ2
表示选定的两个传输零点对应的频率，f
H
则表示截止频率。
[0031]与现有技术相比较，通过该设计方法得到的宽带连续型Doherty功率放大器，其工作带宽为2.8
‑
3.6GHz，覆盖了3.3
‑
3.6GHz的5G商用频段。饱和状态下的漏极效率为70.5
‑
77％，饱和输出功率为43.1
‑
44.6dBm。
附图说明
[0032]图1是本专利技术方法设计得到的宽带连续型Doherty功率放大器的结构示意图；
[0033]图2是本专利技术中所涉及的载波阻抗匹配网络；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带连续型Doherty功率放大器的设计方法，其特征在于，至少包括以下步骤：步骤S1：根据目标频带设计一宽带等分功分器；步骤S2：构建Doherty功率放大器结构，在目标频带内，对所使用的功率放大器进行源牵引和负载牵引，得到最佳功率和最佳效率点的阻抗；步骤S3：根据步骤S2得到的最佳源阻抗设计输入匹配电路；步骤S4：根据步骤S2得到的最佳负载阻抗设计载波功放的阻抗匹配网络，其中，在6dB输出功率回退情况下，将25欧姆的终端负载匹配到最佳负载阻抗；同时在饱和输出功率情况下，终端负载为50欧姆时，该阻抗匹配网络也匹配到最佳负载阻抗；步骤S5：根据步骤S2得到的最佳负载阻抗设计峰值功放的阻抗匹配网络，其中，在饱和输出功率情况下，将50欧姆的终端负载匹配到最佳负载阻抗，同时选定两个二次谐波频点设计两条终端开路的四分之一波长线以达到谐波抑制的目标；步骤S6：设计后匹配电路，其中，先用电容和电感设计一个输入输出阻抗比为25:50的六阶切比雪夫低通滤波结构，再将其中两个电容C1、C2替换为电容和电感的串联电路，最后用微带线替代电容和电感；步骤S7：设计相位补偿线电路，其中，使得工作频带内反向峰值基波阻抗Z
P1
ˊ
在6dB输出功率回退时处于或接近开路区域，并且反向峰值二次谐波阻抗Z
P2
ˊ
处于或接近短路区域；步骤S8：将上述设计电路搭建为整体电路，得到宽带连续型Doherty功率放大器。2.根据权利要求1所述的宽带连续型Doherty功率放大器的设计方法，其特征在于，至少包括功分器、相位补偿线、载波功率放大模块、峰值功率放大模块和后匹配网络，其中，功分器用于将输入功率进行等分，并分别输出给载波功率放大模块、峰值功率放大模块；载波功率放大模块至少包括相位补偿线、载波功放输入偏置/匹配网络、功率放大晶体管、偏置网络和载波阻抗匹配网络；峰值功率放大模块包括、峰值功放输入匹配/偏置网络、功率放大晶体管、偏置网络、峰值谐波抑制/匹配网络和相位补偿线；载波功率放大模块和峰值功率放大模块输出合路后经后匹配网络与负载相连接。3.根据权利要求2所述的宽带连续型Doherty功率放大器的设计方法，其特征在于，后匹配网络采用椭圆低通滤波网络。4.根据权利要求2所述的宽带连续型Doherty功率放大器的设计方法，其特征在于，载波阻抗匹配网络由微带线TL1、TL2、TL3、TL4和隔直电容C1组成；其中，微带线TL1的一端与功率放大晶体管的漏极相连，微带线TL1的另一端与微带线TL2的一端相...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国华，林钇君，钟化棒，来泽杰，程知群，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：