[发明专利]一种双频大回退负载调制次序功率放大器及其设计方法

说明书

本发明公开一种双频大回退负载调制次序功率放大器及其设计方法，包括功率分配器、相位调整线、主功率放大电路、辅助功率放大电路、耦合合路器、电抗调制网络以及50欧姆输入输出阻抗线，其中功率分配器将输入信号分为两路分别与主功率放大电路和经过相位调整线进行相位补偿后与辅助功率放大电路连接。主功率放大电路和辅助功率放大电路的输出端分别接入耦合合路器的耦合端和直通端，耦合合路器的隔离端口与电抗调制网络连接，耦合合路器的输入端作为整个电路的输出端。本发明采用了一种成本更低，配置更简单的合路网络来进行负载调制，相比于同样作为负载调制类型的双频Doherty功率放大器降低了电路结构的复杂度。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体是一种双频大回退次序功率放大器及其设计方法。

背景技术

对于现代和未来的无线通信系统来说，能源使用将会是一个重要的话题。功率放大器作为射频前端中耗能最多的器件，其效率的高低对于绿色能源发展至关重要。基站发射机中往往会使用高峰均功率比的调制信号，这需要功率放大器在一个较宽的回退范围内保持高效率。为了在一个宽的动态范围内维持高效率，可以通过对晶体管的负载进行动态调制来实现。目前常见的负载调制技术是Doherty功放技术，虽然传统的Doherty功放结构简单，可实现回退范围广，但是为了满足当前对于带宽的需求尤其是多频段设计时往往需要复杂的负载调制网络设计，并且可实现的带宽也十分有限。

针对目前技术中存在的空缺，有必要进行研究，来实现一种结构简单的负载调制多频功率放大器，并在此基础上实现高效率和宽频带的特性。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种双频大回退负载调制次序功率放大器及其设计方法，采用了四端口耦合器来作为功率合成结构，并在耦合器的隔离端加入了电抗调制网络来进行负载调制。

为了克服现有技术存在的技术缺陷，所发明采取的技术方案如下：

一种双频大回退负载调制次序功率放大器,包括功率分配器、相位调整线、主功率放大电路、辅助功率放大电路、耦合合路器、电抗调制网络以及50欧姆输入输出阻抗线。

所述功率分配器将射频输入信号分为两路分别与主功率放大电路和加入相位调整线进行了相位补偿后的辅助功率放大电路的输入端连接。主功率放大电路和辅助功率放大电路的输出端分别接入分支线耦合合路器的耦合端和直通端，耦合合路器的隔离端口与电抗调制网络连接，耦合合路器的输入端作为整个电路的输出端。

所述主功率放大电路由主功率放大电路输入匹配网络、晶体管、偏置电路和主功率放大电路输出匹配网络组成。辅助功率放大电路由辅助功率放大电路输入匹配网络、晶体管、偏置电路和辅助功率放大电路输出匹配网络组成。

作为优选的技术方案，所述耦合合路器采用分支线耦合器结构，耦合度为3dB，带宽需包含两个设计频带。

作为优选的技术方案，所述功率分配器为一阶威尔金森功分器，采用等分设计，带宽需包含两个设计频带。

作为优选的技术方案，所述主功率放大电路输入匹配网络、主功率放大电路输出匹配网络、辅助功率放大电路输入匹配网络和辅助功率放大电路输出匹配网络分别采用五段式阶跃阻抗微带线进行匹配，在需包含两个设计频带的范围内进行最佳输入输出阻抗匹配。

作为优选的技术方案，所述的耦合合成器可以根据理想的3dB正交耦合器，得到如下的4端口归一化阻抗矩阵：

I1、I2、I3和I4分别为耦合器四个端口的电流，V1、V2、V3和V4分别为对应的端口电压，由此可以得到4个关系式：