本發(fā)明涉及射頻通訊技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高功率高效率Doherty功率放大器。

背景技術(shù)：

近年來，無線通信技術(shù)得到了很大的發(fā)展，調(diào)制方式也日趨復(fù)雜。功率放大器，作為發(fā)射機中的末級模塊，是整個射頻系統(tǒng)中功耗最大的部件，它的主要作用是對前級輸出的信號進(jìn)行功率放大，然后將放大后的信號送給天線進(jìn)行發(fā)射。由于現(xiàn)在發(fā)射機制的改變和傳輸距離的增大，功放能夠輸出足夠高的功率并且擁有足夠高的效率成為了當(dāng)下主要追求的技術(shù)指標(biāo)同時線性度也是功率放大器的關(guān)鍵指標(biāo)。這主要體現(xiàn)在這樣以下幾個方面：(1)功率放大器的輸出功率。由于目前無線信號傳輸要求的距離在逐漸增加，隨著距離的增加能量損耗就在增加，這就無疑會要求功放必須在末級把輸出功率推得足夠高，以便長距離傳輸。(2)功率放大器的效率。由于功率放大器是整個射頻發(fā)射單元的最后一級，消耗最多的能量，所以就要求功率放大器的效率要盡可能的高。由于現(xiàn)代通信系統(tǒng)都以調(diào)制信號為主要的傳輸手段，被放大的信號一般具有較高的峰均比，這就要求功率放大器不僅要在輸出最大功率的情況下保持高效率，也要求在功率回退的情況下也有很高的效率。(3)功率放大器的線性度。由于最新通信系統(tǒng)如CMDA、LTE等處于日益嚴(yán)峻的通信環(huán)境中，在整個信號的傳輸過程中為了保證誤碼率等指標(biāo)，必須提高整個系統(tǒng)的線性度，而對于射頻發(fā)射前端線性度影響最大的器件就是處于末端的功率放大器。功率回退雖然可以提升線性度，但是隨著功率的回退，效率會大大的降低，功率放大器在整個系統(tǒng)中，屬于比較耗能的器件，犧牲效率去換取線性度，這種做法對電池的供電時間和器件的可靠性均有很大的不利影響。

現(xiàn)有技術(shù)中，為了同時保證功率放大器的線性度和效率，通常采用對稱結(jié)構(gòu)的Doherty技術(shù)。但傳統(tǒng)Doherty功率放大器的峰值功放只含有一個功放，這樣峰值功放在整個Doherty中貢獻(xiàn)出的功率就受到極大約束，現(xiàn)有技術(shù)為了提高輸出功率，通常采用多個Doherty并聯(lián)的結(jié)構(gòu)使得輸出功率加大，但這種并聯(lián)結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致功率放大器的整體面積增加；另外現(xiàn)有技術(shù)中的Doherty功率放大器中載波功放偏置為AB類工作模式，峰值功放偏置在C類工作模式，由于采用傳統(tǒng)AB類和C類功放，造成Doherty功放的最大飽和效率和回退效率無法進(jìn)一步提升。同時目前Doherty功率放大器里的載波功率放大器和峰值功率放大器都是只考慮到基波匹配并沒有考慮到諧波控制對效率的提高，Doherty的研究重點是如何提升功率放大器的回退效率和飽和輸出功率。如何提高Doherty功率放大器在功率回退情況下的效率和飽和工作時的輸出功率是一個亟待解決的問題。

故，針對目前現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，實有必要進(jìn)行研究，以提供一種方案，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種高功率高效率Doherty功率放大器，通過將傳統(tǒng)Doherty功率放大器中的載波功率放大器換成連續(xù)B/J類功率放大器，而其峰值功率放大器換成一個普通C類的輔峰值功放和連續(xù)B/J類主峰值功放的級聯(lián)結(jié)構(gòu)，連續(xù)B/J類功率放大器能夠?qū)⒍魏退拇沃C波短路且三次和五次諧波開路，并利用負(fù)載牽引系統(tǒng)來回迭代得到最佳基波負(fù)載和源阻抗，從而提高Doherty功率放大器的輸出功率和效率。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種高功率高效率Doherty功率放大器，包括不等分威爾金森功分器、載波功率放大電路、峰值功率放大電路和負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)，其中，所述不等分威爾金森功分器用于將輸入信號進(jìn)行功率不等分并將較大的功率信號輸出給所述載波功率放大電路以及將較小的功率信號輸出給峰值功率放大電路，所述載波功率放大電路的輸出端和所述主峰值功率放大電路的輸出端均與所述負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)相連接，經(jīng)所述負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)將功率輸出給負(fù)載；

所述載波功率放大電路包括依次串接的載波輸入匹配電路、載波功率放大器和載波輸出匹配電路，所述峰值功率放大電路包括依次串接的峰值輸入匹配電路、輔峰值功率放大器、級間匹配電路、主峰值功率放大器和峰值輸出匹配電路，所述載波輸出匹配電路和峰值輸出匹配電路與負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)相接；

所述負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)包括特征阻抗為50歐，1/4波長的第一阻抗變換器R1和特征阻抗為35歐，1/4波長的第二阻抗變換器R2；所述載波功率放大電路通過所述第一阻抗變換器R1與所述主峰值功率放大電路相連接，并經(jīng)所述第二阻抗變換器R2將功率輸出給負(fù)載；

所述的載波功率放大器采用連續(xù)B/J類功率放大器結(jié)構(gòu)，所述輔峰值功率放大器采用普通C類功率放大器結(jié)構(gòu)，所述主峰值功率放大器采用連續(xù)B/J類功率放大器結(jié)構(gòu)；

所述載波輸出匹配電路和峰值輸出匹配電路采用相同結(jié)構(gòu)的匹配電路，該匹配電路包括第一傳輸線TL1、第二傳輸線TL2、第三傳輸線TL3、第四傳輸線TL4、第五傳輸線TL5、第六傳輸線TL6、第七傳輸線TL7和第八傳輸線TL8，其中，所述第三傳輸線TL3的長度為λ/20波長，所述第五傳輸線TL5的長度為λ/12波長，所述第六傳輸線TL6和第七傳輸線TL7的長度為λ/8的波長，所述第一傳輸線TL1的一端與功率放大器的輸出端相連接，所述第一傳輸線TL1的的另一端與所述第二傳輸線TL2的一端和所述第三傳輸線TL3以及第四傳輸線TL4的一端相連接，所述第二傳輸線TL2和第三傳輸線TL3的另一端開路；所述第四傳輸線TL4的另一端與所述第五傳輸線TL5和第六傳輸線TL6的一端相連接，所述第五傳輸線TL5的另一端開路；所述第六傳輸線TL6的另一端與第七傳輸線TL7和第八傳輸線TL8相連接，所述第七傳輸線TL7和第八傳輸線TL8的另一端開路；

所述第八傳輸線TL8為扇形微帶線。

優(yōu)選地，所述的不等分威爾金森功分器與峰值功率放大電路之間設(shè)有50歐相位補償線。

優(yōu)選地，所述的峰值功率放大電路與負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)之間設(shè)有50歐峰值補償線。

優(yōu)選地，所述的載波功率放大電路與負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)之間設(shè)有50歐載波補償線。

優(yōu)選地，所述載波功率放大器采用晶體管實現(xiàn)。

優(yōu)選地，所述輔峰值功率放大器采用晶體管實現(xiàn)。

優(yōu)選地，所述的主峰值功率放大器采用晶體管實現(xiàn)。

優(yōu)選地，所述第一傳輸線TL1、第二傳輸線TL2、第四傳輸線TL4和第八傳輸線TL8的參數(shù)根據(jù)實際輸入信號參數(shù)調(diào)節(jié)。

優(yōu)選地，所述負(fù)載阻抗為50歐。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的高功率高效率Doherty功率放大器，將現(xiàn)有Doherty功率放大器的載波放大器替換為連續(xù)B/J類功放，而峰值功放采用輔功放和主功放級聯(lián)結(jié)構(gòu)，并將輔峰值功放保持普通C類而主峰值功放采用連續(xù)B/J類，利用連續(xù)B/J類功放的諧波抑制能力為Doherty提供足夠高的效率，由于峰值功放對載波功放具有負(fù)載牽引作用，采用在主峰值功放中采用連續(xù)B/J類，使得輸出的高功率都為基波功率，一方面可以契合載波功放實現(xiàn)高效率，高線性度，另一方面可以輸出足夠高的功率。通過載波和主峰值輸出匹配電路很好的將二、四次諧波短路和三、五次諧波開路，實現(xiàn)了波形整形的目的，使得功放輸出的電流波形近似為半正弦波，電壓波形近似為方波，極大地提高了功放的效率、線性度和輸出功率。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠有效提高單個Doherty功率放大器的飽和輸出功率，從而有效減少功率放大器的整體面積。

附圖說明

圖1是本發(fā)明高功率高效率Doherty功率放大器的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明中載波輸出匹配電路和峰值輸出匹配電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下是本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，申請人對現(xiàn)有技術(shù)中Doherty功率放大器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究，申請人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中Doherty功率放大器中峰值功放采用單級功放，這樣峰值功放在整個Doherty中貢獻(xiàn)出的功率就受到極大約束；同時載波功放偏置為AB類工作模式，峰值功放設(shè)置為C類工作模式，并只考慮到基波匹配對效率輸出功率的影響。

參見圖1，所示為本發(fā)明高功率高效率Doherty功率放大器的結(jié)構(gòu)框圖，其與現(xiàn)有Doherty功率放大器的結(jié)構(gòu)類似，也采用載波功放和峰值功放的對稱結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明峰值功放采用C類的輔峰值功放和連續(xù)B/J類主峰值功放的級聯(lián)結(jié)構(gòu)，具體包括不等分威爾金森功分器、載波功率放大電路、峰值功率放大電路和負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)，其中，不等分威爾金森功分器用于將輸入信號進(jìn)行功率不等分并將較大的功率信號輸出給所述載波功率放大電路以及將較小的功率信號輸出給峰值功率放大電路，載波功率放大電路的輸出端和主峰值功率放大電路的輸出端均與負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)相連接，經(jīng)負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)將功率輸出給負(fù)載；

載波功率放大電路包括依次串接的載波輸入匹配電路、載波功率放大器和載波輸出匹配電路，峰值功率放大電路包括依次串接的峰值輸入匹配電路、輔峰值功率放大器、級間匹配電路、主峰值功率放大器和峰值輸出匹配電路，載波輸出匹配電路和峰值輸出匹配電路與負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)相接；負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)包括特征阻抗為50歐，1/4波長的第一阻抗變換器R1和特征阻抗為35歐，1/4波長的第二阻抗變換器R2；載波功率放大電路通過第一阻抗變換器R1與主峰值功率放大電路相連接，并經(jīng)第二阻抗變換器R2將功率輸出給負(fù)載；其中，載波輸入匹配電路、峰值輸入匹配電路和級間匹配電路均采用現(xiàn)有技術(shù)成熟的技術(shù)方案；載波功率放大器采用連續(xù)B/J類功率放大器結(jié)構(gòu)，輔峰值功率放大器采用普通C類功率放大器結(jié)構(gòu)，主峰值功率放大器采用連續(xù)B/J類功率放大器結(jié)構(gòu)。

采用上述結(jié)構(gòu)設(shè)計的原理如下：由于峰值功放采用兩級功放級聯(lián)結(jié)構(gòu)，這樣相比較于傳統(tǒng)的Doherty即使輔功放輸入的更小，輸出通過兩級功放推動，依然可以輸出更大的功率，因此，采用不等分功分器并將較大的功率信號輸出給所述載波功率放大電路以及將較小的功率信號輸出給峰值功率放大電路，最終峰值功率放大電路經(jīng)兩級功放輸出之后仍然能夠與載波功率放大電路輸出相當(dāng)，這樣能夠提高整個功率放大器的輸出功率；同時，Doherty功率放大器的效率主要是由載波功放決定的，由于載波功放輸入的更多功率，所以效率就會更高，如此一來就可以在提高效率的同時提高輸出功率。

為了進(jìn)一步提高本發(fā)明Doherty功率放大器的性能，將載波功放由普通的AB類換成連續(xù)B/J類，因為連續(xù)B/J類它的基波阻抗不在是純電阻而是復(fù)阻抗，偶次諧波不用嚴(yán)格匹配到短路，奇次諧波不用嚴(yán)格匹配到開路，這樣就可以在一定程度上拓寬帶寬，由于控制了諧波，進(jìn)行波形整形，使得功放的效率在原有的基礎(chǔ)上有了進(jìn)一步的提升。而對于兩個峰值功放進(jìn)行級聯(lián)，將輔峰值功放保持為現(xiàn)有技術(shù)的C類，而將主峰值功放采用連續(xù)B/J類。這樣設(shè)計的原理是，因為Doherty要求在低功率狀態(tài)下，峰值功放不能開啟，選擇C類可以延遲開啟，使的輸入一定值時才能夠開啟，避免輔功放過早開啟；主峰值功放采用連續(xù)B/J類是因為帶寬可以得到一定程度的拓展，二是諧波控制，抑制了諧波，使得基波輸出功率增加，這正是我們所希望的，增加基波功率，對于效率的提高，線性度的提高都具有一定的作用。

J類功率放大器為現(xiàn)階段研究的熱點，其在B類放大器的基礎(chǔ)上，通過諧波控制，從而大大提高了效率。但在現(xiàn)有連續(xù)B/J類功率放大器研究中，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常趨于理想化，試圖抑制所有諧波，也即將所有偶次諧波短路，所有奇次諧波開路，這大大提高了諧波網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的復(fù)雜度，在實際中很難實現(xiàn)。為了簡化諧波網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，同時又能提升功放的效率和線性度，本發(fā)明中載波輸出匹配電路和峰值輸出匹配電路采用相同結(jié)構(gòu)的匹配電路，同時本發(fā)明提出一種新型連續(xù)B/J類功率放大器的匹配電路(諧波控制網(wǎng)絡(luò))，參見圖2，所示為本發(fā)明中匹配電路的結(jié)構(gòu)框圖，包括第一傳輸線TL1、第二傳輸線TL2、第三傳輸線TL3、第四傳輸線TL4、第五傳輸線TL5、第六傳輸線TL6、第七傳輸線TL7和第八傳輸線TL8，其中，第三傳輸線TL3的長度為λ/20波長，第五傳輸線TL5的長度為λ/12波長，第六傳輸線TL6和第七傳輸線TL7的長度為λ/8的波長，第一傳輸線TL1的一端與功率放大器的輸出端相連接，第一傳輸線TL1的的另一端與第二傳輸線TL2的一端和第三傳輸線TL3以及第四傳輸線TL4的一端相連接，第二傳輸線TL2和第三傳輸線TL3的另一端開路；第四傳輸線TL4的另一端與第五傳輸線TL5和第六傳輸線TL6的一端相連接，第五傳輸線TL5的另一端開路；第六傳輸線TL6的另一端與第七傳輸線TL7和第八傳輸線TL8相連接，第七傳輸線TL7和第八傳輸線TL8的另一端開路；第八傳輸線TL8為扇形微帶線。

上述載波輸出匹配電路的原理為，利用四分之一波長阻抗變換原理，TL7這根終端開路的微帶線，其電長度為λ/8，那么對于二次諧波短路；同理，TL6這根微帶線其電長度也為λ/8，因其一端接著TL8這根扇形微帶線而在高頻處我們讓其工作于容性狀態(tài)，因此可認(rèn)為TL6的一端是接地的，那么對于四次諧波也將被短路；對于TL5終端開路其電長度為λ/12，那么對于三次諧波來說其另一端是短路的，此時TL4相對于三次諧波就是終端短路的，因此只要讓TL4的電長度在0到λ/12之間相對于三次諧波就是感性的，TL3為終端開路的令其電長度為λ/20，所以只要根據(jù)具體的頻率使得TL4在三次諧波下有恰當(dāng)?shù)碾姼兄稻涂梢孕纬刹⒙?lián)諧振將三次諧波開路。另外因為TL3對于對于五次諧波也是相當(dāng)于一根λ/4阻抗變換線，因TL3終端開路，所以對于五次諧波來說TL1就成了終端短路線，因此只要令其電長度在0到λ/20之間取值就可以顯示感性，另外TL2是終端開路的只要讓其電長度也在0到λ/20之間取值就可以顯示出容性，因此只要取值恰當(dāng)就可以使其在五次諧波開路。因此整個諧波控制電路就利用很少的元件很好的將二次、四次諧波短路和三次、五次諧波開路，實現(xiàn)了波形整形的目的，使得功放管輸出的電流波形近似為半正弦波，電壓波形近似為方波，從而極大地提高了功放的效率。

其中，第一傳輸線TL1、第四傳輸線TL4、和第八傳輸線TL8的參數(shù)根據(jù)實際輸入信號參數(shù)調(diào)節(jié)。比如，可以根據(jù)實際輸入信號的頻率、帶寬等參數(shù)調(diào)節(jié)上述傳輸線的長度和阻抗。

在一種優(yōu)選實施方式中，不等分威爾金森功分器與峰值功率放大電路之間設(shè)有50歐相位補償線。

在一種優(yōu)選實施方式中，峰值功率放大電路與負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)之間設(shè)有50歐峰值補償線。

在一種優(yōu)選實施方式中，載波功率放大電路與負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)之間設(shè)有50歐載波補償線。

在一種優(yōu)選實施方式中，載波功率放大器、輔峰值功率放大器和主峰值功率放大器采用晶體管實現(xiàn)。

在一種優(yōu)選實施方式中，負(fù)載阻抗為50歐。

本發(fā)明所提出的高功率高效率Doherty功率放大器可通過如下步驟設(shè)計實現(xiàn)：

步驟一：調(diào)試一個新型的可以將二次、四次諧波短路，三次、五次諧波開路，基波匹配到50歐的連續(xù)B/J類功率放大器作為載波功率放大器和主峰值功率放大器；

步驟二：調(diào)節(jié)載波功率放大器輸出端的補償線，使得載波功率放大器在低功率區(qū)達(dá)到一個高效率點；所述的高效點為載波功率放大器飽和輸出時功率回退6dB的效率；

步驟三：調(diào)節(jié)一個普通的C類功率放大器并把它作為輔峰值功率放大器；

步驟四：調(diào)節(jié)主峰值功率放大器輸出端的相位補償線，保證兩個級聯(lián)的主、輔峰值功放在低功率輸入時輸出阻抗為無窮大；

步驟五：調(diào)節(jié)輔峰值功率放大器輸入端的相位補償線，保證載波功放與主、輔峰值功放的相位一致；

上述的載波功放與主、輔峰值功放的負(fù)載阻抗都是50歐。

以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說是顯而易見的，本申請中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本申請所示的這些實施例，而是要符合與本申請所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。