多尔蒂功率放大器有源负载调制牵引方法技术

本发明专利技术公开了一种多尔蒂功率放大器有源负载调制牵引方法。主要解决现有负载牵引方法中，不能模拟载波晶体管和峰值晶体管之间的非线性相互作用的问题。其实现步骤为：1)负载牵引架构中包括载波晶体管和峰值晶体管；2)在晶体管输出端连接等效输出寄生电路的逆模型，用于实现去嵌入作用；3)在逆模型之后连接两段四分之一波长阻抗变换器，用于实现阻抗变换；4)为载波晶体管和峰值晶体管分别设置最佳基波源阻抗与相位相差90

【技术实现步骤摘要】
多尔蒂功率放大器有源负载调制牵引方法


[0001]本专利技术涉及功率放大器
，具体涉及一种多尔蒂功率放大器有源负载调制牵引方法。

技术介绍

[0002]在第五代及未来移动通信系统中，大规模多输入多输出技术不仅能够提高系统容量和频谱效率，而且通过减少无线网络干扰来改进用户体验。射频功率放大器是多输入多输出技术架构中耗能最多的核心组件，它通过将直流能量转化成射频能量，从而放大射频信号的输出功率。因此，通信系统要求射频功率放大器在很大的功率回退区间里保持高效率的工作状态。由于实现的简易性，Doherty(多尔蒂)功率放大器被广泛应用于基站系统，是有效提升系统的总体效率和功率容量的解决方案之一。
[0003]目前，针对Doherty功率放大器有源负载调制牵引方法相对较少。针对Doherty功率放大器，传统方法有理论解析方法和负载牵引方法。
[0004]理论解析方法一般仅考虑功率饱和是与回退时(比如，6dB回退)的工作状态，从理论上计算载波晶体管和峰值晶体管在电流发生器参考面上的负载阻抗之间的关系。负载牵引方法分别对载波晶体管和峰值晶体管进行独立的负载牵引，基于仿真或者测量的效率、输出功率等数据，分析在功率饱和时与回退时最佳负载阻抗。然而，这两种方法由于不能模拟载波晶体管和峰值晶体管之间的非线性相互作用，因此无法准确预测Doherty功率放大器的最佳负载调制轨迹。

技术实现思路

[0005]技术问题：为解决当前Doherty功率放大器负载牵引方法不能模拟晶体管之间的非线性相互作用的问题，本专利技术提供一种多尔蒂功率放大器有源负载调制牵引方法，能够准确预测载波晶体管和峰值晶体管的非线性相互作用及其最佳负载调制轨迹。
[0006]技术方案：为达到此目的，本专利技术的一种多尔蒂功率放大器有源负载调制牵引方法采用以下技术方案：
[0007]所述负载调制牵引方法基于载波晶体管、峰值晶体管、等效输出寄生电路逆模型、四分之一波长阻抗变换器和初始化相位的输入信号源；所述载波晶体管和峰值晶体管分别与等效输出寄生电路逆模型相连，用于去嵌入晶体管的输出寄生电路，获得电流发生器参考面上的负载阻抗；合路点之前的四分之一波长阻抗变换器，与载波晶体管等效输出寄生电路的逆模型相连，用于变换电流发生器参考面上的基波负载阻抗，在不同输入功率的情况下使得载波晶体管的基波负载阻抗实现负载调制；合路点之后的四分之一波长阻抗变换器，用于将合路阻抗匹配到终端阻抗；所述初始化相位的输入信号源，分别设置了载波晶体管和峰值晶体管最佳基波源阻抗，且两路输入信号相位差为90
°
；针对某一个工作频率，所述有源负载调制牵引方法通过改变载波晶体管和峰值晶体管在等效输出寄生电路逆模型之后的间接负载阻抗，并且同时改变载波晶体管和峰值晶体管的输入功率，从而实现载波
晶体管和峰值晶体管之间的非线性相互作用，获得随输出功率发生变化的负载调制轨迹。
[0008]所述负载调制牵引的架构是对称或非对称形式，包括一个载波晶体管、一个或多个峰值晶体管。
[0009]所述等效输出寄生电路逆模型，是电路模型或者行为模型，用于抵消载波晶体管和峰值晶体管的输出寄生电路，获得电流发生器参考面上的负载阻抗。
[0010]所述合路点之前的阻抗变换器，不限于四分之一波长传输线，或是等效于四分之一波长的其他传输线，其作用都是使得载波晶体管的基波负载阻抗实现负载调制。
[0011]所述合路点之后的阻抗变换器，不限于四分之一波长传输线，或是等效于四分之一波长的其他传输线，其作用都是将合路阻抗匹配到终端阻抗。
[0012]所述初始化相位的输入信号源，不限于使用两路输入信号源，或使用其他相位差为90
°
的功率分配元器件来实现。
[0013]所述功率分配元器件为90
°
定向耦合器。
[0014]所述等效输出寄生电路逆模型之后的间接负载阻抗是载波晶体管和峰值晶体管在电流发生器参考面上间接看到的阻抗，扫描间接负载阻抗的取值并同时改变输入功率，从而实现模拟晶体管之间的非线性相互作用，获得随输出功率发生变化的负载调制轨迹。
[0015]本专利技术所述的Doherty功率放大器有源负载调制牵引方法，包括以下步骤：
[0016]S1：负载牵引架构中包括载波晶体管和峰值晶体管；
[0017]S2：通过在晶体管输出端连接等效输出寄生电路的逆模型，通过去嵌入的方式获得电流发生器参考面上的基波负载阻抗；
[0018]S3：在载波晶体管的电流发生器参考面上，在合路点之前连接一段四分之一波长阻抗变换器，在不同输入功率的情况下使得载波晶体管的基波负载阻抗实现负载调制；
[0019]S4：在载波晶体管和峰值晶体管的合路点之后，连接一段四分之一波长阻抗变换器，用于将合路阻抗匹配到终端阻抗；
[0020]S5：在输入端口分别对载波晶体管和峰值晶体管设置最佳基波源阻抗，载波晶体管的输入信号相位为0
°
，而峰值晶体管的输入信号相位为
‑
90
°
；
[0021]S6：针对某一个工作频率，通过改变载波晶体管和峰值晶体管的间接负载阻抗，并且同时改变载波晶体管和峰值晶体管的输入功率，从而模拟晶体管之间的非线性相互作用，获得随输出功率发生变化的负载调制轨迹。
[0022]有益效果：与现有技术相比，本专利技术能够实现模拟Doherty功率放大器中晶体管之间的非线性相互作用，从而准确地预测晶体管的最佳负载调制轨迹，有助于Doherty功率放大器的设计。此外，本专利技术通过拓展可应用于多晶体管负载调制的功率放大器设计。
附图说明
[0023]图1为本专利技术具体实施方式中，Doherty功率放大器有源负载调制牵引方法示意图；
[0024]图2为本专利技术具体实施方式中，所述有源负载调制牵引方法流程图；
[0025]图3为本专利技术具体实施方式中，氮化镓晶体管的等效输出寄生电路；
[0026]图4为本专利技术具体实施方式中，在26GHz处负载牵引得到的工作性能随功率变化的曲线；其中，(a)为功率附加效率随输出功率变化的曲线；(b)为增益随输出功率变化的曲
线；
[0027]图5为本专利技术具体实施方式中，负载牵引得到的最佳负载调制轨迹与设计实现的负载调制轨迹；
[0028]图6为本专利技术具体实施方式中，设计实现的Doherty功率放大器的电磁仿真结果与实验测量结果。其中(a)为25.5GHz的工作性能，(b)为26GHz的工作性能，(c)为26.5GHz的工作性能，(d)为27GHz的工作性能。
具体实施方式
[0029]下面结合具体实施方式和附图对本专利技术的技术方案作进一步的介绍。
[0030]如图1所示，所述负载调制牵引方法基于载波晶体管、峰值晶体管、等效输出寄生电路逆模型、四分之一波长阻抗变换器和初始化相位的输入信号源；所述载波晶体管和峰值晶体管分别与等效输出寄生电路逆模型相连，用于去嵌入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多尔蒂功率放大器有源负载调制牵引方法，其特征在于：所述负载调制牵引方法基于载波晶体管、峰值晶体管、等效输出寄生电路逆模型、四分之一波长阻抗变换器和初始化相位的输入信号源；所述载波晶体管和峰值晶体管分别与等效输出寄生电路逆模型相连，用于去嵌入晶体管的输出寄生电路，获得电流发生器参考面上的负载阻抗；合路点之前的四分之一波长阻抗变换器，与载波晶体管等效输出寄生电路的逆模型相连，用于变换电流发生器参考面上的基波负载阻抗，在不同输入功率的情况下使得载波晶体管的基波负载阻抗实现负载调制；合路点之后的四分之一波长阻抗变换器，用于将合路阻抗匹配到终端阻抗；所述初始化相位的输入信号源，分别设置了载波晶体管和峰值晶体管最佳基波源阻抗，且两路输入信号相位差为90
°
；针对某一个工作频率，所述有源负载调制牵引方法通过改变载波晶体管和峰值晶体管在等效输出寄生电路逆模型之后的间接负载阻抗，并且同时改变载波晶体管和峰值晶体管的输入功率，从而实现模拟载波晶体管和峰值晶体管之间的非线性相互作用，获得随输出功率发生变化的负载调制轨迹。2.根据权利要求1所述的多尔蒂功率放大器有源负载调制牵引方法，其特征在于：所述负载调制牵引的架构是对称或非对称形式，包括一个载波晶体管、一个或多个峰值晶体管。3.根据权利要求1所述的多尔蒂功率放大器有源负载调制牵引方法，其特征在于：所述等效输出寄生电路逆模型，是电路模型或者行为模型，用于抵消载波晶体管和峰值晶体管的输出寄生电路，获得电流发生器参考面上的负载阻抗。4.根据权利要求1所述的多尔蒂功率放大器有源负载调制牵引方法，其特征在于：所述合路点之前的阻抗变换器，不限于四分之一波长传输线，或是等效于四分之一波长的其他传输线，其作用都是使得载波晶体管的基波负载阻抗实现负载调制。5.根据权利要求1所述的多尔蒂功率放大器有源负载调制牵引方法，其特征在于：所述合路点之后的阻抗变换器，不限于四分之一波长传输线，...

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