基于T型网络和耦合线的双频同步式功放及其设计方法技术

本发明专利技术公开了属于无线通信技术的功率放大器设计领域的一种基于T型网络和耦合线的双频同步式功放及其设计方法。双频同步式工作在任意两种频段上，本发明专利技术的双频Doherty功放具有双路或者多路双频功放，能够同时处理两个不同频率的信号，在不同频带上均能实现效率的提高。双频Doherty在单个频带上的表现与传统Doherty功放相同，能提高小功率区的效率，在大功率区保持高效率。?

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信技术的功率放大器设计领域。特别涉及一种基于T型网络和耦合线的双频同步式功放及其设计方法。尤其是用于多频段、高效的移动通信基站末级射频输出中的一种支持双频段的同步式功率放大器及其设计方法。
技术介绍
为了实现“绿色”通信的新理念，高效功率放大器正受到越来越多的关注和重视。目前有几种技术能够达到高效率的目的。一些工作模式如E类、F类功放能够达到很高的漏极效率，理想状态下达到100%的漏极效率，但是这类功放的缺点是线性度比较差。Doherty(多尔蒂)结构的功放兼有较高的效率(相对于AB类放大器)和较好线性度(相对于C类放大器)，目前已广泛地应用于无线通信基站当中。但是由于其结构特点，带宽受到限制，无法满足宽带系统的要求。Doherty电路的基本原理是将输入信号的平均部分和峰值部分分开放大，然后合成，从而获得高效率。由于Doherty结构的有源负载牵引特性，使得功放能在一定功率回退的范围内保证较高效率，满足不同峰均比调制信号的放大需求。数字预失真技术与Doherty功放相结合,可以实现高效率、高线性功放。随着技术发展，未来移动通信系统需要同时支持不同的标准，这就要求基站发射机终端能够同时处理不同频率的信号，因此多频段工作的功率放大器将得到很大应用。为了实现多频段工作，一些设计功放的方法被提出来。其中有一类功放用并联功放实现多频工作，每个功放调节到单频最佳工作状态，需要时使用开关选择适合的功放处理不同频率的信号。这类功放的设计方法简单，但是成本很高，而且不能同时处理多频信号。另外一类功放使用可重构的负载网络实现多频工作，这类功放的负载网络中包含一些可调节的元件，如微机电系统，可变电容二极管等，通过电压控制这些元件改变负载网络参数，使其在某一频率实现最佳工作状态。这类功放的电压控制比较难，而且不能同时处理多频信号。第三类功放使用多频带通网络实现多频工作，这类功放的设计比较复杂，优点是它能同时处理多频/[目号。传统的Doherty功放由一个功分器加一段四分之一波长传输线、一个主功放、一个辅功放、两段延迟线、一段四分之一波长传输线组成，因为这些组成元件只能工作在一个频率下，所以传统Doherty功放只能工作在单一频段上。目前，基于一些双频结构，一些无源器件能够实现双频同步工作。在一些文章中，一种T型网络被用来实现双频的定向I禹合器,这种定向I禹合器与传统的定向I禹合器结构相同，不同点在于其中的每段四分之一波长的传输线被τ型网络代替。这种τ型网络包含两段串联传输线和一段置于中间的分支线，分支线可以是短路到地的，也可以是开路的。这种定向耦合器能够实现在任意两个不同频率下，将输入功率等分到两个输出端口并附加90°的相位差。在一些文章中，耦合线被用来实现双频工作的Wilkinson (威尔金森)功分器，耦合线可以是单节的也可以是双节的。耦合线的功能是代替了传统Wilkinson功分器中的四分之一波长的传输线，在两个不同频率下都显示出四分之一波长的相位延迟特性。使用T型网络的特点是其频率比能做很大，缺点是其尺寸比较大，频率比比较大时，其中分支线可能很细(末端开路)或者很粗(末端短路)。耦合线的特点是尺寸比较小，缺点是其频率比范围较小，当参数设定正确后，T型网络或者耦合线都能等效为一段双频的传输线
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于T型网络和耦合线的双频同步式功放及其设计方法，其特征在于，所述基于T型网络和耦合线的双频同步式功放具有双路或者多路双频Doherty功放,包括两种结构一种是一个双频主功放和一个双频辅助功放连接至双频双路功分器加90°相位差输出的功分器模块；双频定向耦合器或双频双路功分器加90°相位差输出的功分器模块与输入端连接，双频主功放和双频辅助功放分别与主双频延迟线和辅双频延迟线连接，主双频延迟线与第一段双频四分之一波长传输线连接，第一段双频四分之一波长传输线与辅双频延迟线和第二双频四分之一波长传输线连接在一起，第二段双频四分之一波长传输线连接输出端；双频双路功分器加90°相位差输出的功分器模块连接输入端；另一种是一个双频主功放和第一双频辅助功放至第N双频辅助功放与一个包括 双频双路功分器加90°相位差输出的功分器模块连接；双频主功放与主双频延迟线连接，主双频延迟线与第一段双频四分之一波长传输线连接，第一双频辅助功放至第N双频辅助功放对应地与第一双频延迟线至第N双频延迟线连接，然后第一双频延迟线至第N双频延迟线公共节点再与第一段双频四分之一波长传输线和第二段双频四分之一波长传输线连接在一起，第二段双频四分之一波长传输线连接。所述N为1-20个。所述双频主功放和双频辅功放均能够同时工作在两个不同频段，并能同时处理不同频率的两个信号。所述第一段双频四分之一波长传输线特性阻抗为50 Ω，第二段双频四分之一波长传输线特性阻抗为35 Ω。所述基于T型网络和耦合线，能够实现双频工作的四分之一波长传输线和双频工作的延迟线；τ型网络由双频四分之一波长传输线组成，包括(a)为双频定向耦合器，(b)为双频Wilkinson功分器，并串联在信号传输路上；其中，(a)为双频定向耦合器由四段双频四分之一波长传输线组成，其中上下两段双频四分之一波长传输线传输线具有Ω的特性阻抗，左右两段双频四分之一波长传输线具有50 Ω的特性阻抗上段两端连接输入、输出端口 ；左右两段分别与上下两段连接，四段双频四分之一波长传输线组成一个回路；(b)为双频Wilkinson功分器，由三段双频四分之一波长传输线组成，其中，由两个双频四分之一波长传输线和一个100 Ω电阻构成，两个双频四分之一波长传输线具有等效厂Ω的特性阻抗和一个50 Ω的特性阻抗的四分之一波长传输线等效电长度；所述耦合线为单节耦合线或两节耦合线。一种基于T型网络和耦合线的双频同步式功放的设计方法，具体实施方案如下I)设计双频Doherty功放结构；2)设计双频四分之一波长传输线；3)设计双频延迟线；4)设计双频定向稱合器或者双频Wilkinson功分器；5)设计单路双频功放，其中包括设计双频负载网络和设计双频输入匹配网络；6)综合各个双频原件组成双频Doherty功放；7)调节各部分参数达到Doherty功放的工作性能；8)仿真测量双频Doherty功放的性能。所述双频Doherty功放含有一段双频定向耦合器或双频定向耦合器或双频双路功分器加90°相位差输出的功分器模块、一个双频主功放、一个双频辅助功放、两段双频延迟线，两段特性阻抗分别为50Ω和35Ω的双频四分之一波长阻抗变换线；其中，双频定向耦合器由4个T型网络组成，其中上下两个T型网络具有等效50/W Ω的特性阻抗，左右两个T型网络具有50 Ω的特性阻抗，四个T型网络在两个频率上的等效电长度均为四分之一波长。双频Wilkinson功分器由两个耦合线和一个100 Ω电阻构成，两个耦合线具有等效50/V2 Ω的特性阻抗和四分之一波长的等效电长度。双频主功放和辅助功放具有相同的拓 扑结构，其负载网络由一个T型网络和一段并联开路线组成，能够在两个频率将标准负载变换到所需阻抗，输入网络是一个Pi型网络，能够实现两个频率上的共轭匹配。双频四分之一波长传输线或延迟线可以用T型网络或者耦合线等效，其中T型网络中的分支线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于T型网络和耦合线的双频同步式功放，其特征在于，所述基于T型网络和耦合线的双频同步式功放具有双路或者多路双频Doherty功放，包括两种结构：一种是一个双频主功放和一个双频辅助功放连接至双频双路功分器加90°相位差输出的功分器模块；双频定向耦合器或双频双路功分器加90°相位差输出的功分器模块与输入端连接，双频主功放和双频辅助功放分别与主双频延迟线和辅双频延迟线连接，主双频延迟线与第一段双频四分之一波长传输线连接，第一段双频四分之一波长传输线与辅双频延迟线和第二双频四分之一波长传输线连接在一起，第二段双频四分之一波长传输线为输出端；双频双路功分器加90°相位差输出的功分器模块为输入端；另一种是一个双频主功放和第一双频辅助功放至第N双频辅助功放与一个包括双频双路功分器加90°相位差输出的功分器模块连接；双频主功放与主双频延迟线连接，主双频延迟线与第一段双频四分之一波长传输线连接，第一双频辅助功放至第N双频辅助功放对应地与第一双频延迟线至第N双频延迟线连接，然后第一双频延迟线至第N双频延迟线公共节点再与第一段双频四分之一波长传输线和第二段双频四分之一波长传输线连接在一起，第二段双频四分之一波长传输线连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李翔，陈文华，冯正和，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：