【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及单片微波集成电路(mmic)，特别是关于毫米波单片集成功率放大器，具体而言，是一种基于三阶互调幅相控制、用于微波或毫米波频段的高线性doherty功率放大器。
技术介绍
1、目前，由于现代通信系统中高峰均比的调制信号的需求，功率放大器往往要工作在功率回退量较高的区域，而通常使用的ab类和b类放大器在功率回退区内效率低，产生的热损耗量大，增加了通信系统的整体能耗，应用具有局限性。现代通信系统需要功率放大器在功率回退区具有较高的工作效率。
2、doherty功率放大器以其较高的回退效率、相对简单的结构被人熟知，在通信基站、航天领域皆有广泛应用。传统的doherty功率放大器相比于一般ab类功放，尽管功率回退效率有优势，但是由于长时间工作于“类饱和区”，线性度差，尤其在毫米波频段，功率放大器受到的寄生效应更甚，相比于低频段，doherty功率放大器产生的非线性分量更多，这导致了doherty功率放大器在实际应用中表现不佳。目前通信系统中采用的doherty功率放大器大多数局限于数字预失真来提高其线性度，并且多数应用于低频段，而对于毫米波频段doherty功率放大器的线性提升，国内外还鲜有研究。
3、因此，有必要专利技术一款高回退效率，高线性的毫米波doherty功率放大器。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出了一种基于三阶互调幅相控制的毫米波高线性doherty功率放大器。通过改善载波功放的增益曲线，控制载波功放和峰值功放三
2、技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于三阶互调幅相控制的毫米波高线性doherty功率放大器，包括功分器、三阶互调分量幅度控制输入匹配网络、三阶互调分量相位控制输入匹配网络、级间匹配网络、载波三阶互调分量幅相控制输出匹配网络、峰值三阶互调分量幅相控制输出匹配网络、载波功放直流偏置控制、多个晶体管。
3、所述功分器的一端为射频输入端，功分器的上输出端与载波功放的输入端连接；所述载波功放由三阶互调分量幅度控制输入匹配网络、n个晶体管、n-1个级间匹配网络、载波三阶互调分量幅相控制输出匹配网络级联而成；载波三阶互调分量幅相控制输出匹配网络的输出端为载波功放的输出端；
4、所述功分器的下输出端与峰值功放的输入端连接；所述峰值功放由三阶互调分量相位控制输入匹配网络、m个晶体管、m-1个级间匹配网络、峰值三阶互调分量幅相控制输出匹配网络级联而成；峰值三阶互调分量幅相控制输出匹配网络的输出端为峰值功放的输出端；
5、所述载波三阶互调分量幅相控制输出匹配网络的输出端和峰值三阶互调分量幅相控制输出匹配网络的输出端连接为doherty功放的射频输出；
6、所述载波功放直流偏置控制与载波功放中除末级晶体管以外的n-1个晶体管的栅极连接。
7、所述载波功放直流偏置控制的电流源包括n-1个载波栅极偏置电源vgc1～vgcn-1。
8、进一步，所述三阶互调分量幅度控制输入匹配网络包括幅度控制网络和无源匹配网络；幅度控制网络用于降低载波功放三阶互调分量的幅度，使输出端载波功放三阶互调电流的幅值与峰值功放三阶互调电流的幅值相等或相差在一定阈值范围内，优选集总参数rlc网络；无源匹配网络用于输入阻抗和晶体管间的匹配。幅度控制网络可以是独立网络，也可以融入阻抗匹配网络中。
9、所述载波功放直流偏置控制用于增益控制、改善增益压缩，扩大载波功放线性区。
10、所述载波功放末级管芯末级晶体管(phemtn)偏置于深ab类，峰值功放末级管芯(phemtn+m)偏置于浅c类；
11、所述载波功放末级管芯(phemtn)的尺寸要小于峰值功放末级管芯第(phemtn+m)的尺寸，以补偿由于偏置导通角不同对三阶互调分量带来的影响。载波功放晶体管(phemtn)的三阶跨导系数gm3_n、峰值功放晶体管(phemtn+m)的三阶跨导系数gm3_n+m、载波功放晶体管(phemtn)的导通角θn、载波功放晶体管(phemtn+m)的导通角θn+m应当满足等式：gm3_n·(1–cos(θn/2))＝gm3_n+m·(1–cos(θn+m/2))。
12、进一步，所述三阶互调分量相位控制输入匹配网络包括相位控制网络和无源匹配网络；所述载波三阶互调分量幅相控制输出匹配网络和峰值三阶互调分量幅相控制输出匹配网络包括无源匹配网络和相位控制网络；
13、参考图1传统doherty功放输出匹配网络是将晶体管的最佳阻抗值匹配至一个实阻抗值，再用四分之一波长线或阻抗逆变网络实现阻抗变换，本专利技术的输出匹配方式与传统略有不同，相位控制网络和无源匹配网络需同时满足饱和状态和回退状态的两种阻抗变换。
14、一般功率放大器在设计时，晶体管端处输出阻抗都选择最佳功率点、最佳效率点或两点之间。本专利技术与传统设计方法不同，由于在doherty功放大功率工作内，载波功放处于饱和区，峰值功放处于线性区，载波功放的三阶互调失真必定大于峰值功放的三阶互调失真，因此为缩小三阶互调分量差，载波功放晶体管管芯端面的匹配阻抗值应在三阶互调功率阻抗圆外圆区域，峰值功放晶体管管芯端面的匹配阻抗值应偏向在三阶互调功率阻抗圆内圆区域。
15、所述三阶互调分量相位控制输入匹配网络、载波三阶互调分量幅相控制输出匹配网络、峰值三阶互调分量幅相控制输出匹配网络的基波相位和三阶互调分量相位经过调节控制，实现在doherty功放回退点和饱和点之间输出端载波功放基波相位与峰值功放基波相位相等或相差在一定阈值范围内，输出端载波功放三阶互调电流的相位与峰值功放三阶互调电流的相位相差180°左右。所述级间匹配网络，网络用于两晶体管之间的阻抗匹配，优先选择集总参数网络来实现。
16、所述相位控制网络、幅度控制网络可以是独立网络，也可以融入阻抗匹配网络中。
17、有益效果：与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益的技术效果：
18、其一，本专利技术与现有技术相比，加入了增益控制网络和输入输出的相位控制网络，由于加入了相位控制网络，载波功放和峰值功放的相位调节不再拘泥于90°，而是可以通过三处相位控制网络来进行实时调节，增大了doherty功放在设计时的自由度，相对于传统doherty功放，结构更为紧凑。
19、其二，本专利技术利用doherty功放结构中载波功放和峰值功放的三阶互调分量存在相位差的特性，通过偏置选择改善载波功放增益压缩，并进行相位和幅度控制，最终使载波功放和峰值功放的三阶互调分量幅值相同且相位相反，实现三阶互调分量完美对消。在保留传统doherty功放高效率特性的同时，大幅改善doherty功放的三阶互调失真。
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1.一种基于三阶互调幅相控制的毫米波高线性Doherty功率放大器，其特征在于，包括功分器、三阶互调分量幅度控制输入匹配网络、三阶互调分量相位控制输入匹配网络、级间匹配网络、载波三阶互调分量幅相控制输出匹配网络、峰值三阶互调分量幅相控制输出匹配网络、载波功放直流偏置控制、多个晶体管；
2.根据权利要求1所述的一种基于三阶互调幅相控制的毫米波高线性Doherty功率放大器，其特征在于，所述载波功放直流偏置控制的电流源包括除末级栅极电源的N-1个载波栅极偏置电源Vgc1～VgcN-1；所述载波功放直流偏置控制用于控制载波功放增益。
3.根据权利要求1所述的一种基于三阶互调幅相控制的毫米波高线性Doherty功率放大器，其特征在于，所述三阶互调分量幅度控制输入匹配网络包括幅度控制网络和无源匹配网络，幅度控制网络用于控制三阶互调分量幅度，无源匹配网络用于调整阻抗匹配；
4.根据权利要求1所述的一种基于三阶互调幅相控制的毫米波高线性Doherty功率放大器，其特征在于，所述三阶互调分量相位控制输入匹配网络包括相位控制网络和无源匹配网络；所述载波三阶互调分
5.根据权利要求1所述的一种基于三阶互调幅相控制的毫米波高线性Doherty功率放大器，其特征在于，所述载波功放末级管芯的尺寸小于峰值功放末级管芯的尺寸；所述载波功放管芯级数N与峰值功放管芯级数M相等或相差在一定阈值范围内；所述载波功放晶体管管芯端面的匹配阻抗值在三阶互调功率阻抗圆外圆区域，峰值功放晶体管管芯端面的匹配阻抗值在三阶互调功率阻抗圆内圆区域。
6.根据权利要求1所述的一种基于三阶互调幅相控制的毫米波高线性Doherty功率放大器，其特征在于，所述三阶互调分量幅度控制输入匹配网络、三阶互调分量相位控制输入匹配网络、级间匹配网络、载波三阶互调分量幅相控制输出匹配网络、峰值三阶互调分量幅相控制输出匹配网络、载波功放直流偏置控制为微带线或集总参数网络。
7.根据权利要求3所述的一种基于三阶互调幅相控制的毫米波高线性Doherty功率放大器，其特征在于，所述幅度控制网络是独立网络，或融入阻抗匹配网络中实现。
8.根据权利要求4所述的一种基于三阶互调幅相控制的毫米波高线性Doherty功率放大器，其特征在于，所述相位控制网络是独立网络，或融入阻抗匹配网络中实现。
...【技术特征摘要】
1.一种基于三阶互调幅相控制的毫米波高线性doherty功率放大器，其特征在于，包括功分器、三阶互调分量幅度控制输入匹配网络、三阶互调分量相位控制输入匹配网络、级间匹配网络、载波三阶互调分量幅相控制输出匹配网络、峰值三阶互调分量幅相控制输出匹配网络、载波功放直流偏置控制、多个晶体管；
2.根据权利要求1所述的一种基于三阶互调幅相控制的毫米波高线性doherty功率放大器，其特征在于，所述载波功放直流偏置控制的电流源包括除末级栅极电源的n-1个载波栅极偏置电源vgc1～vgcn-1；所述载波功放直流偏置控制用于控制载波功放增益。
3.根据权利要求1所述的一种基于三阶互调幅相控制的毫米波高线性doherty功率放大器，其特征在于，所述三阶互调分量幅度控制输入匹配网络包括幅度控制网络和无源匹配网络，幅度控制网络用于控制三阶互调分量幅度，无源匹配网络用于调整阻抗匹配；
4.根据权利要求1所述的一种基于三阶互调幅相控制的毫米波高线性doherty功率放大器，其特征在于，所述三阶互调分量相位控制输入匹配网络包括相位控制网络和无源匹配网络；所述载波三阶互调分量幅相控制输出匹配网络和峰值三阶互调分量幅相控制输出匹配网络都分别...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭晨睿，郭润楠，陶洪琪，余旭明，马明明，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：
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