Doherty放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及功率放大器技術(shù)，具體涉及在通信系統(tǒng)中(諸如在無線基站中)應用的Doherty放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，Doherty結(jié)構(gòu)是基站中的當前功率放大器(PA)設計中的主流。高峰值功率和補償功率級(back-off power level)中的高效率使Doherty放大器成為用于功率節(jié)省的理想方式。
[0003]當前關(guān)于PA設計的技術(shù)正在使用Doherty結(jié)構(gòu)來滿足線性和效率要求。如圖1中所示，常規(guī)Doherty放大器包括兩個放大器級，主放大器和峰值放大器。主放大器是主要放大輸入信號的平均功率的放大器。峰值放大器是當主放大器飽和時繼續(xù)放大輸入信號的放大器。將主放大器通過阻抗轉(zhuǎn)換器連接到輸出，阻抗轉(zhuǎn)換器通常是四分之一波長傳輸線或者等同的集總網(wǎng)絡。為補償四分之一波長傳輸線，將四分之一波長加到峰值放大器的輸入。
[0004]Doherty放大器一般在兩種條件下操作，小信號和高信號。在小信號期間，僅主放大器是活動的并且峰值放大器不工作。圖1中的阻抗Zp理論上是無窮大的。兩個微帶線ZmT和ZcT使主放大器負載Zm遠高于50歐姆，并且因此主放大器以高效率執(zhí)行。在高信號期間，峰值放大器工作并且主放大器負載Zm通常變到50歐姆。兩個放大器的峰值功率將組合。
[0005]雖然Doherty結(jié)構(gòu)能夠在補償功率級上保持高效率，但是主放大器的補償電壓駐波比(VSWR)由諸如兩個微帶線ZmT和ZcT的特征阻抗等等之類的硬件確定。因此，在常規(guī)Doherty放大器結(jié)構(gòu)中，具有最佳補償效率的阻抗不是在主放大器的VSWR圓周上。
[0006]由于在50歐姆的高功率和在主晶體管的高阻抗負載的高效率之間的距離(VSWR)由晶體管自身定義，所以找到適合的峰值晶體管來固定該距離常常是困難的。因此，得到所要求的VSWR以達到主晶體管的高阻抗上的最大效率點是困難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明尋求單獨地或以任意組合來優(yōu)選地降低、減輕或消除上述缺點中的一個或多個。
[0008]為解決上述問題中的一個或多個，本公開提供具有增強的補償功率級效率的新的Doherty放大器架構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供Doherty放大器，包括:主放大器和峰值放大器；在主放大器和峰值放大器之間連接的具有λ/4電長度的第一微帶線；在峰值放大器和主放大器的輸出的結(jié)點與輸出端子之間連接的具有λ/4電長度的第二微帶線；至少一個調(diào)諧器，所述調(diào)諧器用于調(diào)節(jié)主放大器的VSWR圓周的半徑，并且基于輸入信號功率在主放大器和峰值放大器之間與第一微帶線串聯(lián)連接。
[0009]至少一個調(diào)諧器包括與第一微帶線串聯(lián)連接的第三微帶線，以及用于作為分路控制第三微帶線的開關(guān)單元。
[0010]開關(guān)單元包括一端接地的至少一個開關(guān)和與至少一個開關(guān)連接的至少一個可調(diào)組件。
[0011]第三微帶線具有從點ml處的高信號條件下的主放大器的負載阻抗和點m3處的補償功率級上的最佳效率點之間的距離所確定的特征阻抗Zl和電長度Θ。
[0012]第三微帶線的特征阻抗Zl不同于第一微帶線的特征阻抗。
[0013]調(diào)諧器配置成調(diào)節(jié)主放大器的負載阻抗Zm以達到由點ml表示的高信號條件下的主放大器的負載阻抗和小信號條件下的由點m3表示的補償功率級上的最佳效率點。
[0014]如果該距離大于主放大器的VSWR半徑，ZmT*Zload/ZcT2，則第三微帶線的特征阻抗Zl采用低于第一微帶線的特征阻抗ZmT的值；如果該距離小于主放大器的VSWR半徑，ZmT*Zload/ZcT2，則第三微帶線的特征阻抗Zl采用大于第一微帶線的特征阻抗ZmT的值。
[0015]在小信號條件下，開關(guān)斷開并且第三微帶線工作；并且在高信號條件下，開關(guān)閉合并且禁用第三微帶線。
[0016]至少一個可調(diào)組件包括在全頻帶內(nèi)針對不同頻率信道來調(diào)諧的電容器、電感器、變?nèi)荻O管或PIN 二極管中的至少一個。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了包含根據(jù)本發(fā)明的實施例的Doherty放大器的設備。
[0018]本公開提供創(chuàng)新的Doherty結(jié)構(gòu)以提升補償功率級效率。通過用具有調(diào)諧器的新的Doherty結(jié)構(gòu)擴大VSWR半徑來增加補償功率級效率，并且可減小無線電單元物理尺寸和體積。并非Doherty友好的一些設備(諸如晶體管)也能夠通過應用本發(fā)明來用作主晶體管。這將增加用于Doherty放大器的主放大器的晶體管候選者池。
【附圖說明】
[0019]從參考附圖所示的本發(fā)明的以下示范性實施例，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將更明顯，所述附圖中:
圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中Doherty放大器的一般結(jié)構(gòu)圖；
圖2示出Doherty主放大器的負載阻抗的示意圖；
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的提升效率的示范性Doherty放大器的示意結(jié)構(gòu)圖；
圖4示出在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的Doherty放大器中應用的示范性調(diào)諧器的示意結(jié)構(gòu)圖；
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的小信號條件下的示范性調(diào)諧器的等效電路的示意圖；
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的不同的VSWR等高線(contour)比較的示意圖； 圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的高信號條件下的示范性調(diào)諧器的等效電路的示意圖；
圖8示出在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的Doherty放大器中應用的另一個示范性調(diào)諧器的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下文將參照附圖全面描述本發(fā)明的實施例。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚本發(fā)明可以以許多不同的形式實施，并且不應被解釋為受限于本文陳述的實施例和具體細節(jié)。說明書通篇同樣的標號表示同樣的元件。
[0021]在本公開中，雖然已使用具體的術(shù)語來示范本發(fā)明，但是這不應被視作將本發(fā)明的范圍僅限于諸如無線基站之類的前述通信系統(tǒng)。隨著通信中的快速發(fā)展，當然還將存在可用以實施本發(fā)明的未來類型的技術(shù)和系統(tǒng)。
[0022]在本公開中，調(diào)諧器適合用于控制Doherty放大器的主放大器的VSWR圓周的半徑。當增加VSWR時，主放大器的負載阻抗可達到當峰值放大器不工作時的補償功率級上的最佳效率點和當峰值放大器工作時的高輸出功率下的50歐姆條件下的最高效率。
[0023]圖2示出Doherty主放大器的負載阻抗Zm的示意圖。以正方形符號表示的圖2中的圓周m2是以點ml為圓心的主放大器的VSWR圓周。圓周上的每個點是以一定步長掃過從O到180度的電長度Θ的主放大器的負載阻抗Zm。
[0024]在高信號條件期間，可期待主放大器的負載阻抗Zm在點ml (圖2中以三角形符號表示)處匹配以滿足峰值功率要求。點ml表示在高信號條件下滿足峰值功率要求的主放大器的最佳負載阻抗Zm。而在小信號條件期間，可期待主放大器的負載阻抗Zm用兩個微帶線ZmT和ZcT從點ml改變到點m3以滿足高效率要求。點m3是在小信號條件期間達到補償輸出功率級上的最佳漏極效率的主放大器的最佳負載阻抗Zm。
[0025]由于圖2中的圓周半徑是如圖1中所示的特征阻抗ZmT、ZcT和Zload的函數(shù)，所以當確定了主放大器和峰值放大器的峰值功率比時，特征阻抗ZmT、ZcT和Πoad將被固定，并且因此VSWR圓周的半徑將被固定。
[0026]在小信號條件下，如果主放大器的負載阻抗移動到其最大點，則整個Doherty PA能夠提供最佳效率。但實際上，ml和m3的距離沒有與峰值功率比對應。如圖2中所示，通常，點m3和點ml之間的距離比圓周半徑更遠，主放大器不能夠達到如點m3表示的最佳效率，但是僅能夠達到如m2表示的圓周上的點。換言之，通常，VSWR圓周的半徑可能達不到補償輸出功率級上的由點m3表示的最佳漏極效率。
[0027]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的提升效率的示范性Doherty放大器300的示意結(jié)構(gòu)圖。
[0028]在該實施例中，示范性Doherty放大器300包括雙路的Doherty架構(gòu):主放大器301、峰值放大器302、在主放大器和峰值放大器之間連接的具有λ/4電長度的第一微帶線303 ;在峰值放大器和主放大器的輸出的結(jié)點與輸出端子306之間連接的具有λ/4電長度的第二微帶線304 ;以及調(diào)諧器305，所述調(diào)諧器305用于調(diào)節(jié)主放大器的輸出負載阻抗，并且在主放大器301和峰值放大器302之間與第一微帶線303串聯(lián)連接。具體來說，輸入信號可被相等地分為兩個信號。主放大器301可接收兩個輸入信號之一，并且放大該輸入信號。峰值放大器302可接收另一個輸入信號，并且將其放大。如圖3中所示，主放大器301和峰值放大器302的輸出信號經(jīng)由λ/4傳輸線(也稱作微帶線ZmT 303)在結(jié)點處被組合。λ/4傳輸線(也稱作微帶線ZmT 303)用作阻抗變換器，其中λ是輸入信號的波長。另一個λ /4傳輸線(也稱作微帶線ZcT 304)被稱作Doherty組合器，其在組合點將阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)樨撦d阻抗(通常50歐姆)。由Doherty組合器輸出的信號經(jīng)由微帶線ZcT 304輸出到輸出端子306。一般地，λ/4相位線(為了簡短，在圖3中未示出)可作為位于峰值放大器302前端的相位補償器來工作。調(diào)諧器被串聯(lián)連接在微帶線ZmT和主放大器301之間以用于調(diào)節(jié)主放大器的負載阻抗，并且因此增大或減小主放大器的VSWR圓周的半徑。
[0029]在一個實施例中，調(diào)諧器305包括開關(guān)單元402和具有特征阻抗Zl和電長度Θ的微帶線Tl 401。微帶線Tl 401的特征阻抗Zl可不同于微帶線ZmT 303的特征阻抗。而且，可根據(jù)點ml和點m3之間的距離來確定微帶線Tl 401的特征阻抗Zl和電長度Θ。為補償附加的電長度Θ，具有相同電長度的微帶線還應該被加到峰值放大器的輸入。
[0030]在一個實施例中，可采用由輸入功率信號控制的開關(guān)單元402來啟用或禁用微帶線Tl 305的操作。作為示例，如根據(jù)本發(fā)明的一個實施例示出Doherty放大器中應用的示范性調(diào)諧器305的圖4中所示，開關(guān)單元402可包括開關(guān)404和可調(diào)組件403?？烧{(diào)組件403可以是電容器、電感器或其它可調(diào)組件。
[0031]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的小信號條件下的示范性調(diào)諧器305的等效電路的不意圖。
[0032]在小信號條件下，開關(guān)將斷開并且微帶線Tl將工作?？筛鶕?jù)如圖2中所示的點ml和點m3之間的距離來設計微帶線Tl的特征阻抗Z1。具體來說，可調(diào)節(jié)Zl的值以使點m3基本上位于以點ml為圓心并且VSWR的半徑等于ZmT2*Zload/ZcT2/Zl的VSWR圓周