多路Doherty放大器制造技术

本发明专利技术提供了一种多路Doherty放大器，包括：放大器输入；放大器输出；主放大器，主放大器的输入与放大器输入相连；至少第一峰值放大器和第二峰值放大器，其中，第一峰值放大器的输入与放大器输入或主放大器的输出相连，第二峰值放大器的输入与放大器输入、主放大器的输出或第一峰值放大器的输出相连；第一阻抗变换器，连接在主放大器的输出与放大器输出之间；第二阻抗变换器，连接在第一峰值放大器的输出和第二峰值放大器的输出之间；第三阻抗变换器，连接在第二峰值放大器的输出与放大器输出之间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率放大器设计,具体地,涉及多路Doherty放大器的设计和改进。
技术介绍
在现代无线通信系统中，如宽带码分多址(WCDMA)和正交频分复用(OFDM)系统，需要高效功率放大器来适应第三代(3G)和第四代(4G)通信标准的要求。这些新标准在受限的频带内提供更多更高级的数据服务，并利用具有较高峰均功率比(PAPR)的信号。因此，使用这种信号的基站放大器在大部分时间工作在远低于其设计峰值功率的功率水平。因此，对于这种信号，传统的AB类放大器不是理想候选，因为传统AB类放大器在低于峰值功率操作时效率严重恶化。为了避免这种效率恶化，已经提出了具有改进效率的多种放大器结构。W.H.Doherty 于1936年提出的Doherty功率放大器(DPA)结构是一种公知技术，提供了提高发射机效率(尤其对于具有高PAPR(典型地从6至12dB)的信号协议)的潜力。尽管DPA具有显著的效率优势，但是在完整的发射机设计中，一般需要某种形式的校正或线性增强(如数字预失真)来辅助DPA。DPA配置的吸引力在于其利用具有简单结构的熟知的放大器设计，在较大的输入信号范围上保持明显较高的效率。利用最新的晶体管技术增强了 DPA结构，这在现有技术文献中已有充分描述。针对高PAPR信号，DPA可以配置为2路、3路或多路组合。如图1所示，原始DPA结构包含两个放大器。一般而言，DPA具有以下结构:使用四分之一波长阻抗变换器(λ/4传输线)将主放大器(载波放大器)和峰值放大器的输出端并联连接。此外,通过以下方法来驱动DPA工作:随着功率电平的增加，增加从峰值放大器提供给DPA的负载的电流量，从而使得峰值放大器调制主放大器的负载阻抗，以提高DPA的效率。图1所示的DPA结构还包括输入功率分配器，用于将输入功率按照固定的比例分配给主放大器和峰值放大器。例如，可以使用无源支线混合器、环形混合器、Wilkinson功率分配器等等，作为输入功率分配器。输入功率分配器可以是正交或同相分配器。图2中示出了针对移动手持设备开发的紧凑“串联式”DPA，，这种DPA省去了体积大且有损耗的输入功率分配器/耦合器。与经典“并联”连接的DPA不同，在图2所示的DPA结构中，主放大器和峰值放大器串联布置，利用阻抗变换器(λ/4传输线)将主放大器的输出和峰值放大器的输出相连。利用峰值放大器与主放大器之间简单的相位延迟以及输入阻抗匹配电路来取代输入功率分配器，从而不需要输入功率耦合器，便于高集成度(如单片微波集成电路(MMIC)) 和电路小型化。此外，串联式DPA实现了直接输入功率分配技术-，以提高效率和线性度。实际上，在经典DPA中，峰值放大器的较低增益导致难以实现正确的复杂调制。因此，主放大器和峰值放大器均不能产生相应输出功率，导致性能恶化。为了克服这一问题，Kim等人在DPA输入处使用不均等功率分配器，以回退(back-off)功率电平处的较低增益和效率为代价来增强峰值放大器输出功率，从而获得较好的负载调制。另一种常用方法涉及自适应偏置控制，然而这种方法需要额外的复杂电路，增加了尺寸和成本。可以通过依赖于功率的动态输入功率分配来有效驱动主放大器和峰值放大器，从而减轻上述问题。这种方法依赖于峰值放大器的输入阻抗的非线性特性。实质上，与晶体管的输出电流相似，峰值放大器的输入电容也依赖于输入驱动电平(偏置点)。因此，可以利用峰值放大器从截止到饱和区域的输入非线性来获得所谓“源调制”，源调制继而在输出处改进了主放大器和峰值放大器的负载调制。在DPA中，主放大器偏置在B类或AB类，峰值放大器偏置在C类。相应地，只有主放大器操作于低功率电平。随着功率电平增加，主放大器的效率增加，并达到第一最大效率点。在该功率电平，峰值放大器导通。当峰值放大器提供高效率时，达到第二最大效率点。因此，DPA具有两个最大效率点，增强了回退输出功率电平处的效率。在经典的对称DPA配置中，主放大器的饱和功率是最大系统输出功率的1/4。这导致与正常峰值效率功率电平相比，具有6-dB输出功率回退的效率峰值。因此，与主放大器相比，峰值功率放大器的尺寸(不对称设备)和数目(多个峰值放大器，见例如图3和图4)确定了第一最大效率点处DPA的回退输出功率电平。相应地，对于具有高PAPR(>6dB)的调制信号的放大，可以预期改进的平均效率。图3示出了一种现有3路DPA结构(类型I) ，采用了两个相同工作状态的峰值放大器。在图3所示的3路DPA中，在DPA输入处仍采用输入功率分配器。主放大器的输出经由λ/4传输线连接至DPA输出，峰值放大器I和峰值放大器2的输出连接至DPA输出。图4示出了图3的DPA结构扩展至N路(Ν-1个相同工作状态的峰值放大器)的情况。图5和图7示出了另外两种3路DPA结构，这两种3路DPA在回退区域具有三个最大效率点，并且两个峰值放大器具有不同的工作状态，从而提高了 DPA的效率。图6示出了图5的DPA结构扩展至N路的情况。图5的DPA结构(类型II)可以被视为一个DPA(由图5中的主放大器和峰值放大器I构成)用作主放大器与另一峰值放大器(图5中的峰值放大器2)的并联组合。峰值放大器I初始对主放大器的负载进行调制，峰值放大器2以更高的功率对前一级Doherty放大器的负载进行调制。图7的DPA结构(类型III)可以被视为一个DPA用作峰值放大器(由图7中的峰值放大器I和峰值放大器2构成)与一个主放大器(图5中的主放大器)的并联组合。这两种结构都使用3个放大器单元，但是两个峰值放大器I和2依次导通而不是如类型I DPA(图3)中那样同时导通。因此，形成3个峰值效率点:两个导通点和峰值功率点。然而，类型II 3路DPA不能提供对主放大器的充分负载调制。相应地，在仅主放大器工作的低输出功率区域的增益低于DPA在峰值输出功率的增益。这种增益波动(表现为非线性幅度调制(AM-AM)特性)是类型II DPA的重大问题。然而，可以使用具有相同峰值包络功率的相同功率放大器来设计类型III DPA。在整个动态范围内对主放大器的负载阻抗进行调制。因此，类型III DPA理论上提供了针对所有输入功率电平的均匀增益。此夕卜，对于类型II 3路DPA，需要具有恒定电流的主放大器的饱和操作来得到正确的输出功率合并。这种高饱和条件可能破坏设备操作。这是类型II DPA的另一问题。相反，类型III DPA不具有这些问题，因此是优选的。对于串联式DPA，如图8和图9所示，可以扩展至3路和N路DPA。图8和图9所示的DPA可以被视为3路(图5)和N路(图6)类型IIDPA的串联配置的等价电路。对于PAPR > 6dB的情况，3路或N路DPA配置是优选的，以实现较高的平均效率。然而，现有并联连接的3路DPA的方案的具有以下缺点:类型I DPA:只有两个峰值效率点(与2路非对称DPA即不同尺寸的主放大器和峰值放大器的DPA类似)；在中间输出功率电平不能维持高效率；以及需要输入功率分配器，类型II DPA:不均匀功率增益；主放大器的负载调制不足；具有恒定电流的主放大器的高饱和操作；以及需要输入功率分配器，类型III DPA:需要输入功率分配器。可见，现有并联 式DPA在输入电路中需要输入功率分配器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多路Doherty放大器，包括：放大器输入；放大器输出；主放大器，主放大器的输入与放大器输入相连；至少第一峰值放大器和第二峰值放大器，其中，第一峰值放大器的输入与放大器输入或主放大器的输出相连，第二峰值放大器的输入与放大器输入、主放大器的输出或第一峰值放大器的输出相连；第一阻抗变换器，连接在主放大器的输出与放大器输出之间；第二阻抗变换器，连接在第一峰值放大器的输出和第二峰值放大器的输出之间；第三阻抗变换器，连接在第二峰值放大器的输出与放大器输出之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘林盛，
申请(专利权)人：瑞典爱立信有限公司，
类型：发明
国别省市：