基于二项式变换器的合路器、Doherty功率放大器及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二项式变换器的合路器、Doherty功率放大器及其设计方法，所述设计方法包括：基于二项式变换器确定两段四分之一波长传输线的特征阻抗，并根据该两段四分之一波长传输线的特征阻抗设计所述合路器，再根据所述合路器的器件参数确定三路Doherty功率放大器中的各个放大器的器件尺寸。本发明专利技术的设计方法能够有效的改善合路器的宽带匹配性能，拓宽三路Doherty功率放大器的带宽。拓宽三路Doherty功率放大器的带宽。拓宽三路Doherty功率放大器的带宽。

【技术实现步骤摘要】
基于二项式变换器的合路器、Doherty功率放大器及其设计方法


[0001]本专利技术涉及一种Doherty功率放大器，具体为一种基于二项式变换器的合路器及三路Doherty功率放大器的设计方法，属于无线通信领域。

技术介绍

[0002]现有的Doherty功率放大器的设计思路遵循先有源后无源的规则，即先选定主放大器和峰值放大器的器件尺寸，然后基于这些器件尺寸去进行合路器等无源器件的设计。然而，这样的设计思路不利于合路器的宽带匹配。以经典的两路对称Doherty功率放大器为例，如图1所示：在饱和状态下，主放大器13和峰值放大器14的最佳负载相同，均为R
M Opt
，所以合路点c的负载Z
L*
为0.5*R
M_Opt
，此时，使合路器传输线的特征阻抗Z3也等于R
M_Opt
，就可以实现宽带匹配；在低功率状态下，峰值放大器14关闭，主放大器13的负载阻抗为Z3*Z3/Z
L*
＝2*R
M_Opt
，但是因为传输线的色散效应以及输入信号在传输过程中的耗损，这样的等式仅仅在中心频率成立，而随着带宽的拓展，主放大器13的高阻越来越偏离该理想值，从而限制了Doherty功率放大器的宽带性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的在于提供一种基于二项式变换器的合路器及三路Doherty功率放大器的设计方法，解决了现有技术中存在的技术问题。
[0004]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]本专利技术实施例提供了一种基于二项式变换器的合路器的设计方法，其包括：
[0006]确定二阶的二项式变换器的等效电路，其包括依次串联的阻抗Z0、Z2、Z1、Z
L
形成的阻抗网络，其中所述阻抗Z0、Z
L
还分别与地连接，所述阻抗Z0、Z
L
、Z1、Z2分别表示所述二项式变换器的输入阻抗、负载阻抗、第一四分之一波长传输线的特征阻抗、第二四分之一波长传输线的特征阻抗；
[0007]采用如下的二阶的二项式实现所述二项式变换器的阻抗匹配：
[0008][0009][0010]分别以所述三路Doherty功率放大器在低输入功率状态下的最高负载阻抗R
M_HL
、整体最佳负载阻抗R
Opt
替换阻抗Z0、Z
L
，进而确定所述二项式变换器的第一四分之一波长传输线的特征阻抗Z1及第二四分之一波长传输线的特征阻抗Z2，其中，
[0011]R
M_HL
＝(1+X)2*R
Opt
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0012]其中，X为三路Doherty功率放大器中主放大器与第一峰值放大器的尺寸比，R
Opt
为根据应用需求而确定的常数值；
[0013]以特征阻抗分别为Z1、Z2的第一四分之一波长传输线、第二四分之一波长传输线形成所述合路器。
[0014]本专利技术实施例还提供了一种三路Doherty功率放大器的设计方法，其包括：
[0015]采用上述的设计方法设计合路器；
[0016]根据所述合路器的器件参数并结合二项式变换器的等效电路设计三路Doherty功率放大器。
[0017]进一步的，上述的设计方法具体包括：
[0018]根据应用需求，确定三路Doherty功率放大器的整体最佳负载阻抗R
Opt
，并同时确定主放大器和第一峰值放大器的器件尺寸比X；
[0019]根据以下公式，计算主放大器的最高负载阻抗R
M_HL
；
[0020]R
M_HL
＝(1+X)2*R
Opt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0021]根据以下公式计算二项式变换器的第一四分之一波长传输线的特征阻抗Z1及第二四分之一波长传输线的特征阻抗Z2；
[0022][0023][0024]其中，Z0＝R
M_HL
，Z
L
＝R
Opt
；
[0025]以特征阻抗为Z1、Z2的第一四分之一波长传输线、第二四分之一波长传输线形成所述合路器；
[0026]根据以下公式计算主放大器的最佳负载阻抗R
M_Opt
、第一峰值放大器的最佳负载阻抗R
P1_Opt
和第二峰值放大器的最佳负载阻抗R
P2_Opt
，其中，
[0027]R
M_Opt
＝Z2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0028][0029][0030]根据R
M_Opt
、R
P1_Opt
、R
P2_Opt
的计算值确定所述三路Doherty功率放大器中主放大器、第一峰值放大器和第二峰值放大器的尺寸。
[0031]进一步的，在确定了二项式变换器的第一四分之一波长传输线、第二四分之一波长传输线的特征阻抗Z1、Z2后，还需要确定在该特征阻抗下的合路器的可实现性，并重新计算二项式变换器的第一四分之一波长传输线、第二四分之一波长传输线的特征阻抗Z1、Z2。
[0032]进一步的，所述主放大器采用AB类功率放大器，所述第一峰值放大器、第二峰值放大器采用C类功率放大器，但不限于此。
[0033]进一步的，所述主放大器、第一峰值放大器和第二峰值放大器均包括LDMOS功率晶体管或GaN功率晶体管，但不限于此。
[0034]较之现有技术，本专利技术实施例提供的一种基于二项式变换器的合路器及三路Doherty功率放大器的设计方法，至少具有如下有益效果：
[0035]1)根据二项式变换器来设计合路器，通过二项式变换器所提供的平坦频带响应，
大大改善了合路器的宽带匹配性能。
[0036]2)采用先无源后有源的设计方式，先设计合路器等无源器件，再通过合路器的器件参数设计Doherty功率放大器中的主放大器和峰值放大器等有源器件，有效的改善了合路器的宽带匹配，并拓宽了Doherty功率放大器的带宽。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对本专利技术的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]图1是现有的一种两路Doherty功率放大器的等效电路图；
[0039]图2是本专利技术实施例中一种三路Doherty功率放大器的电路结构示意图；
[0040]图3是本专利技术实施例中二项式变换器的等效电路图；
[0041]图4是本专利技术实施例中一种三路Doherty功率放大器在低功率输入状态下的等效电路图；
[0042]图5是本专利技术实施例中一种三路Doherty功率放大器在饱和状态下的等效电路图；
[0043]图6是本专利技术实施例中一种三路Do本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二项式变换器的合路器的设计方法，所述合路器应用于三路Doherty功率放大器中，其特征在于，所述设计方法包括：确定二阶的二项式变换器的等效电路，其包括依次串联的阻抗Z0、Z2、Z1、Z
L
形成的阻抗网络，其中所述阻抗Z0、Z
L
还分别与地连接，所述阻抗Z0、Z
L
、Z1、Z2分别表示所述二项式变换器的输入阻抗、负载阻抗、第一四分之一波长传输线的特征阻抗、第二四分之一波长传输线的特征阻抗；采用如下的二阶的二项式实现所述二项式变换器的阻抗匹配：采用如下的二阶的二项式实现所述二项式变换器的阻抗匹配：分别以所述三路Doherty功率放大器在低输入功率状态下的最高负载阻抗R
M_HL
、整体最佳负载阻抗R
opt
替换阻抗Z0、Z
L
，进而确定所述二项式变换器的第一四分之一波长传输线的特征阻抗Z1及第二四分之一波长传输线的特征阻抗Z2，其中，R
M_HL
＝(1+X)2*R
Opt
ꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，X为三路Doherty功率放大器中主放大器与第一峰值放大器的尺寸比，R
opt
为根据应用需求而确定的常数值；以特征阻抗分别为Z1、Z2的第一四分之一波长传输线、第二四分之一波长传输线形成所述合路器。2.一种基于二项式变换器的合路器，其特征在于：所述合路器由两段四分之一波长传输线构成，其中，所述两段四分之一波长传输线的特征阻抗基于二项式变换器确定。3.根据权利要求2所述的基于二项式变换器的合路器，其特征在于：所述二项式变换器被等效为由阻抗Z0、Z2、Z1和Z
L
依次串联而形成的阻抗网络，且阻抗Z0、Z
L
还分别与地连接，其中，Z0、Z
L
、Z1、Z2分别表示二项式变换器的输入阻抗、负载阻抗、第一四分之一波长传输线的特征阻抗、第二四分之一波长传输线的特征阻抗，且各阻抗Z0、Z2、Z1和Z
L
之间满足以下公式：式：其中，阻抗Z0、Z
L
分别与三路Doherty功率放大器在低功率输入状态下的最高负载阻抗R
M_HL
、最佳负载阻抗R
Opt
相对应，阻抗Z1、Z2分别与合路器的第一段四分之一波长传输线、第二段四分之一波长传输线的特征阻抗相对应。4.一种三路Doherty功率放大器，所述三路Doherty功率放大器包括功率分配器、主放大器、第一峰值放大器、第二峰值放大器以及相应的移相网络和输出匹配网络，其特征在于，还包括权利要求2
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨梦苏，林良，
申请(专利权)人：苏州华太电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：