一种宽带非对称脉冲负载调制功率放大器制造技术

本发明专利技术涉及一种宽带非对称脉冲负载调制功率放大器，属于无线通信发射技术领域。本发明专利技术的功率放大器通过输入的调制脉冲信号，输出端的主路阻抗匹配网络OMN

【技术实现步骤摘要】
一种宽带非对称脉冲负载调制功率放大器


[0001]本专利技术涉及一种宽带非对称脉冲负载调制功率放大器，属于无线通信发射


技术介绍

[0002]随着无线通信的发展，第四代、第五代通信技术对发射机提出了更高的要求，如大带宽、高频率、高效率等。作为无线通信发射机的核心部件，功率放大器的功率效率与线性度之间的矛盾日趋尖锐，现有功率放大器的性能已经接近极限。目前广泛应用于通信基站的Doherty功率放大器虽然通过负载调制提高了功率回退区的效率，但是随着射频输出信号的峰值平均比(PAR)的提高，需要更大的功率回退范围，否则将工作在非饱和区，导致平均效率逐渐的降低。同时，为了确保信号不失真传递，发射信号需要使用线性预失真技术提高线性度。然而，目前的数字预失真技术的发展也遭遇瓶颈。因为其需要大规模的非线性计算，消耗了大量计算资源，也限制了工作带宽。
[0003]为解决功率放大器功率效率与线性度之间的矛盾，脉冲负载调制(PLM)功率放大器的概念被提出，其以脉冲调制信号作为输入，驱动射频开关功率放大器实现大动态范围高效率饱和放大，同时保持信号线性度。但是传统的脉冲负载调制(PLM)功率放大器依赖四分之一波长传输线构成的阻抗变换器，带宽较窄，且无法支持较大功率回退的高效率放大。

技术实现思路

[0004]本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种宽带非对称脉冲负载调制功率放大器。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：
[0006]一种宽带非对称脉冲负载调制功率放大器，该功率放大器包括主功率放大晶体管MainPA、主路阻抗匹配网络OMN
main
、辅助功率放大晶体管AuxPA、辅路阻抗匹配网络OMN
aux
、四分之一波长微带线TL1、四分之一波长微带线TL2；
[0007]由功分器一分为二的调制脉冲信号分别输入到主功率放大晶体管MainPA和辅助功率放大晶体管AuxPA中，调制脉冲信号在主功率放大晶体管MainPA中进行功率放大，主功率放大晶体管MainPA中的漏极输出最优负载阻抗Z
opt,main
，输出的最优负载阻抗Z
opy,main
通过主路阻抗匹配网络OMN
main
匹配到主路合路点阻抗；
[0008]调制脉冲信号在辅助功率放大晶体管AuxPA中进行功率放大，辅助功率放大晶体管AuxPA中的漏极输出最优负载阻抗Z
opt,aux
，输出的最优负载阻抗Z
opt,aux
通过辅路阻抗匹配网络OMN
aux
匹配到辅路合路点阻抗；
[0009]主路合路点阻抗与辅路合路点阻抗并联后得到合路点阻抗R
C
，合路点阻抗R
C
依次通过四分之一波长微带线TL1、四分之一波长微带线TL2后匹配到负载阻抗R
L
；
[0010]主路合路点阻抗的阻抗值大于辅路合路点阻抗的阻抗值；
[0011]所述主路阻抗匹配网络OMN
main
为后匹配网络；
[0012]所述辅路阻抗匹配网络OMN
aux
为后匹配网络。
[0013]有益效果
[0014](1)本专利技术的功率放大器的输入为调制脉冲信号，通过输出端非对称的主路阻抗匹配网络OMN
main
、辅路阻抗匹配网络OMN
aux
和外接高Q值带通滤波器，实现了有源脉冲负载调制，工作时，主路功率饱和输出最大电流I
main
等效为一个恒定电流源，辅路效率饱和输出最大电压V
2max
等效为一个电压源，保证了功率回退区效率不下降；
[0015](2)本专利技术的功率放大器两个晶体管的漏极最优负载阻抗不同，且通过各自阻抗变换网络后主路合路点阻抗的阻抗值大于辅路合路点阻抗的阻抗值，整体为非对称结构，通过主路在小功率输入情况下提前达到饱和，辅路在饱和时输出更大电流的方式扩展了功率放大器的功率回退范围，使其在较大的功率回退范围内能够保持较高的工作效率；
[0016](3)本专利技术的功率放大器中的主路阻抗匹配网络OMN
main
、辅路阻抗匹配网络OMN
aux
均为后匹配网络，降低了功率放大器对频率的敏感度，扩展了工作带宽。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的功率放大器的结构组成示意图；
[0018]图2为非对称PLM功率放大器低功率输入主路匹配方式；
[0019]图3为非对称PLM功率放大器高功率输入主路匹配方式；
[0020]图4为非对称PLM功率放大器辅路匹配方式；
[0021]图5为测试结果示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0023]本专利技术的非对称脉冲负载调制(PLM)功率放大器以脉冲信号作为输入，因此两条支路驱动在开关模式，辅助支路输出电压始终保持在最大值V
2max
，等效为一个电压源，且此电压直接作用在合路点。TL1、TL2为两段四分之波长线传输线，二者可以将合路点电压线性传递到输出端，驱动带通滤波器及负载，因此当输入信号的占空比为D时，合路点的电压摆幅可以表示为：
[0024]V
C
＝V
2max
D
[0025]功放的输出电流可以表示为：
[0026][0027]因此可以得到功放的输出功率为：
[0028][0029]此时，辅助支路等效为电压源，始终向外输出最大电压摆幅。主路则通过阻抗变换网络OMN
main
将主路功率放大晶体管的最优负载阻抗Z
opt,main
匹配到合路点阻抗R
opt1
，并向外输出最大电流。因此主路的电流大小可以表示为：
[0030][0031]所以辅助功放输出的电流就可以表示为：
[0032][0033]两条支路的直流功耗可以表示为：
[0034]P
DC
＝V
1DC
I
1DC
+V
2DC
I
2DC
＝γ(V
1DC
I
main
+V
2DC
I
aux
)
[0035]其中，γ表示直流电流与射频基频电流的比值，假定两路功放均工作在开关B类状态，则γ＝2/π。在占空比为D的情况下，直流功率可以写为：
[0036][0037]由此可知，当辅助支路有电流输出，即：
[0038][0039]时放大器的效率始终保持为：
[0040][0041]当两路功放偏置在B类模式时，功率放大器的效率为78.5％。根据上述推导可知，当回退功率不超过20lg(R
C
/R
opt1
)时，效率始终保持最大。辅助本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带非对称脉冲负载调制功率放大器，其特征在于：该功率放大器包括主功率放大晶体管MainPA、主路阻抗匹配网络OMN
main
、辅助功率放大晶体管AuxPA、辅路阻抗匹配网络OMN
aux
、四分之一波长微带线TL1、四分之一波长微带线TL2；调制脉冲信号在主功率放大晶体管MainPA中进行功率放大，主功率放大晶体管MainPA中的漏极输出最优负载阻抗Z
opt，main
，输出的最优负载阻抗Z
opt，main
通过主路阻抗匹配网络OMN
main
匹配到主路合路点阻抗；调制脉冲信号在辅助功率放大晶体管AuxPA中进行功率放大，辅助功率放大晶体管AuxPA中的漏极输出最优负载阻抗Z
opt，aux
，输出的最优负载阻抗Z
opt，aux
通过辅路阻抗匹配网络O...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱睿，刘睿桐，刘泉华，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：