一种Doherty射频功率放大器及通信设备

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种Doherty射频功率放大器及通信设备。

背景技术

当前无线通信中，Doherty功率放大器最重要的特性是负载调制(loadmodulation)，它合成了两个放大器的不对称输出功率。Doherty放大器包括均值功率放大器和峰值功率放大器；在小功率等级下只有载波放大器以低功率电平工作；峰值功率放大器在更高的功率电平产生功率，并且由于良好的负载调制特性，均值功率放大器在该区域中以峰值效率模式工作。该特性提供了对幅度调制信号的有效放大。受载波和峰值功率放大器的电流比调制的负载可以自我调节，可以实现在两个输出功率等级下的峰值效率：其中当峰值功率放大器刚导通时，均值功率放大器提供第一个峰值效率，当两个放大器产生其满功率时，在这个输出功率等级下Doherty放大器处于第二个峰值效率点。

随着大功率需求的设备元件以及软件应用的出现，导致功率放大器的运行时间以及发热量都不断增加，从而提供合理的方案实现功放的散热变成亟待解决的问题。而且根据上述Doherty功率放大器的工作原理及功放的设置，在Doherty功率放大器的整个工作工程中均值功率放大器一直处于工作状态，所以会持续发热，如果不能有效散热则可能会导致该功率放大器损坏，甚至对设置在该均值功率放大器周围的元器件造成损坏。

发明内容

本申请提供一种Doherty射频功率放大器及通信设备，用以解决现有技术中Doherty功率放大器散热结构不合理的技术问题。

第一方面，请提供一种Doherty射频功率放大器，设置在电路板第一侧面的均值功率放大器和峰值功率放大器，还包括：

在电路板与所述第一侧面相背的第二侧面设置热电转换模块，并且所述热电转换模块的输出端与所述电路板上的用电模块连接；其中，该热电转换模块设置位置与所述均值功率放大器的位置对应，在所述均值功率放大器工作时所述热电转换模块将吸收所述均值功率放大器工作时产生的热能，并将吸收的热能转换成电能输入到所述输出端连接的所述用电模块。

本申请实施例中基于热电转换与Doherty高效率技术结合，提出了一种新的基于热电转换器的高效率Doherty功放的架构，不仅提高转换效率，同时以尽量小的热电转换模块面积来实现Doherty功率放大器的热电转换，从而可以达到降低成本，提高设备能量利用率的效果。

在一种可选的实施方式中，该功率放大器还包括第一热导体，该第一热导体设置在所述热电转换模块和所述电路板之间。

在一种可选的实施方式中，所述第一热导体包括第一部分和第二部分；其中，所述第一部分与所述电路板连接，所述第二部分与所述热电转换模块连接；并且所述第一部分的导热系数大于第二部分。

在一种可选的实施方式中，该Doherty射频功率放大器还包括第二热导体，该第二热导体设置在第二侧面与所述峰值功率放大器相对应的位置，且所述第二热导体与所述峰值功率放大器在所述电路板上的投影面积相同。

在一种可选的实施方式中，所述用电模块为所述峰值功率放大器；则所述热电转换模块的输出端与所述峰值功率放大器的漏极连接。

在该实施例中，因为Doherty射频功率放大器中峰值功放对通信信号的线性性能影响巨大，通过提高漏压，可提高Doherty射频功率放大器整体的饱和功率，改善线性，所以在该实例中就可以直接将热电转换模块的输出端连接到峰值功放的漏极，使得该是实施例所提供的功放结构能够在提高能量利用率的同时，还通过优化设计提高了Doherty射频功率放大器的饱和功率，该Doherty射频功率放大器应用到通信设备中进行功率放大时，也相应提高了通信设备的线性性能，减少了通信设备的无用的输出射频杂散。

在一种可选的实施方式中，所述Doherty射频功率放大器包括多个峰值功率放大器，则所述热电转换模块的输出端与所述多个峰值功率放大器中至少一个的漏极连接。

在一种可选的实施方式中，所述热电转换模块为矩形片件结构。

在一种可选的实施方式中，所述热电转换模块包括高温端和低温端，其中所述高温端连接在所述电路板的第二侧面。

在一种可选的实施方式中，所述高温端连接在所述电路板的第二侧面包括：

所述高温端通过膏状或是具有弹性的导热硅胶连接在所述电路板的第二侧面上。

第二方面，提供一种通信设备，该通信设备包括如第一方面以及第一方面任一可选的实施方式所述的Doherty射频功率放大器和通信元件。

本申请有益效果如下：

针对上述现有技术中的问题，本申请提供了一种新的Doherty功率放大器结构，将热电转换模块设置到该Doherty功率放大器结构中，将Doherty功率放大器中的均值放大器所释放的热能转化为电能，因为将热能进行了转化所以能减少均值功率放大器散热对自身以及周围元器件的影响。同时因为现有技术中提供的散热方式，是通过扩散的方式将功率放大器所释放出来的热量通过增加受热面积的方式进行调整，但是并不能减少设备内部的热量，散热方式虽然降低了对发热元件的影响，但是通过散热可能会对发热元件周围的元件造成损害。而通过本申请实施例所提供的方案，则可以直接将热能转化为电能，使得设备内容的热量有效的减少，从而减少元件发热对设备以及元件本身造成影响。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种Doherty射频功率放大器的结构示意图；

图2为本申请实施例提供热电转换模块与峰值功放连接结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种通信设备的结构示意图。

具体实施方式

随着大功率需求的设备元件以及软件应用的出现，导致功率放大器的运行时间以及发热量都不断增加，从而提供合理的方案实现功放的散热变成亟待解决的问题。而且根据上述Doherty功率放大器的工作原理及功放的设置，在Doherty功率放大器的整个工作工程中均值功率放大器一直处于工作状态，所以会持续发热，如果不能有效散热则可能会导致该功率放大器损坏，甚至对设置在该均值功率放大器周围的元器件造成损坏。

针对上述现有技术中的问题，本申请提供了一种新的Doherty功率放大器结构，将热电转换模块设置到该Doherty功率放大器结构中，将Doherty功率放大器中的均值放大器所释放的热能转化为电能，因为将热能进行了转化所以能减少均值功率放大器散热对自身以及周围元器件的影响。同时因为现有技术中提供的散热方式，是通过扩散的方式将功率放大器所释放出来的热量通过增加受热面积的方式进行调整，但是并不能减少设备内部的热量，散热方式虽然降低了对发热元件的影响，但是通过散热可能会对发热元件周围的元件造成损害。而通过本申请实施例所提供的方案，则可以直接将热能转化为电能，使得设备内容的热量有效的减少，从而减少元件发热对设备以及元件本身造成影响。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

以下结合附图和具体的应用场景对本申请实施例所提供的装置做进一步详细的说明：

实施例一

如图1所示，本申请实施例提供一种Doherty射频功率放大器，设置在电路板101第一侧面的均值功率放大器102和峰值功率放大器103，还包括：

在电路板101与所述第一侧面相背的第二侧面设置热电转换模块104，并且所述热电转换模块104的输出端与所述电路板101上的用电模块连接；其中，该热电转换模块104设置位置与所述均值功率放大器102的位置对应，在所述均值功率放大器102工作时所述热电转换模块104将吸收所述均值功率放大器102工作时产生的热能，并将吸收的热能转换成电能输入到所述输出端连接的所述用电模块。

将热电转换模块104输出端连入所述电路板101上，通过回收部分电能来达到降低能耗的目的，也可直接连接到电路板上的用电模块上，直接接入这些用电模块的供电电路中即可，可以节省电池电能来达到提高能耗的目的；同时也降低了所述通信终端的温升，减少了高温对用户使用造成的影响。

在该实施例中，为了让热电转换模块104与均值功率放大器102之间有好的传热效果，该热电转换模块104的设置一般设置在均值功率放大器102的正背面；或者是，热电转换模块104与均值功率放大器102在电路板101上的投影是重叠的。

本申请实施例中，PA(Power Amplifier，功率放大器)一般都设置在电路板的正面，背面不设置元器件可以获得更好的散热效果；为了达到最好的热传输效果，热电转换模块可以设置在设置有PA的电路板的背面。

所述热电转换模块104的工作原理是：PA工作时产生热量，一部分的热量先传导到与其相接触的电路板上，再传导到与该电路板相接触的所述热电转换模块上；一部分的热量通过电路板上散热通孔处的热对流和热辐射到达所述热电转换模块上；所述热电转换模块吸收PA工作时产生的热能，导致其高温端的温度上升，并与其低温端形成温差，由此利用半导体的塞贝克效应在所述热电转换模块的输出端产生电动势。

进一步为了保证热电转换模块104转换得到的电能电压更稳定能够适用于更多的元件供能，该实例中还可以包括DC-DC转换模块107。该DC-DC转换模块107就是将热电转换模块104中输送的直流电先逆变(执行升压或降压工作)，使其成为交流电，然后再整流变换成另一种直流电压。

进一步，为了保证热电转换模块104与均值功率放大器102之间的传热效果，为了能够好地让均值功率放大器102的散热，以及均值功率放大器所散发的热量能够更好地让热电转换模块104的转化，则该实例中Doherty射频功率放大器还包括第一热导体105，该第一热导体设置在所述热电转换模块104和所述电路板101之间。

进一步，为了达到让热电转换模块104有更好的转换效率，以及均值功率放大器102能够更好的散热，在该实施例中第一热导体105还可以包括第一部分和第二部分；

其中，所述第一部分与电路板连接(即该第一部分实现均值功率放大器102散热的部分)，所述第二部分与所述热电转换模块连接(即该第二部分将均值功率放大器102释放的热量按照合理的方式传输给热电转换模块104)；并且所述第一部分的导热系数大于第二部分。

当然该第一热导体105中的第一部分和第二部分可以由多种传热材料组合形成，与均值功率放大器102接触的部分该热导体105的传热效率高，实现以最快的速度将均值功率放大器102所释放的热量转移的目的；而第一热导体105与热电转换模块104接触的部分(即第二部分)，可以选择导热系数与热电转换模块的热转换效率匹配的传热材料，从而能够让热电转换模块104能够尽可能的将均值功率放大器102所释放的所有热量都转化为电能，提高能量转化率以及利用率。

在本申请实施例中，因为通信调试信号普遍具有峰均比特性，主要传输均值信号，在一定概率下会出现峰值，并影响线性性能；同时根据Doherty技术理论，Doherty为阻抗调制技术，由两个或多个功放，可以包括均值功率放大器(或称为均值功放)以及峰值功率放大器(或称为峰值功放)；均值功放可以是PA1；峰值功放可以是PA2、PA3...；此架构在均值信号输入时，只有均值功放(即PA1)工作，在峰值信号输入时，则均值功放(即PA1)与峰值功放(即PA2、PA3...)同时工作，以此实现其高效率高功率的目的；

由以上Doherty射频功率放大器的工作原理可知，在Doherty射频功率放大器工作时，大部分调试信号功率由均值功放(即PA1)产生，热耗集中于均值功放的背面；所以本申请实施例中将热电转换模块104设置在均值功放的背面，能够最大程度的将Doherty射频功率放大器所散发的热量转化为电能。另外，因为Doherty射频功率放大器工作时基本上都会使用到均值功放，所以采集均值功放所散发的热量进行电能转换，所转发的电能可以达到相对持续以及稳定的效果，从而能够应用到更多的用电元件中。

当然根据上述Doherty射频功率放大器的工作原理可以确定，Doherty射频功率放大器运行时，虽然峰值功率放大器103的运行时间不多，而且峰值功率放大器103运行是都对应相对大的功率，所以该实施例中的Doherty射频功率放大器还包括第二热导体106，该第二热导体106设置在第二侧面与所述峰值功率放大器103相对应的位置，且所述第二热导体106与所述峰值功率放大器103在所述电路板101上的投影面积相同。

该实例中，因为峰值功放的工作持续性不高，而且因为峰值功放需要在大功率工作对应的则可能是瞬时放出比较大量的热，如果同时转换峰值功放和均值功放所散发的热量，则会导致热电转换模块输出的电压相当不稳定，从而不便于转换电能的使用，所以本申请实施例中将针对峰值功放和均值功放的不同特性，采用不同的方式进行散热处理，能够在提高设备散热效果的同时还能够有效的提供能量利用率。

另外，基于Doherty射频功率放大器的另外一个特性：Doherty峰值功放(即PA2、PA3...)对通信信号的线性性能影响巨大，通过提高漏压(即VDD2、VDD3...)，可提高Doherty射频功率放大器整体的饱和功率，改善线性。所以在该实施例中，还可以将热电转换模块104的输出端与峰值功放连接(热电转换模块104与峰值功放连接结构如示意图2所示)，具体实现可以是：

即用电模块为所述峰值功率放大器；则该热电转换模块104的输出端与所述峰值功率放大器103的漏极连接。

当Doherty射频功率放大器包括多个峰值功率放大器，则所述热电转换模块的输出端与所述多个峰值功率放大器中至少一个的漏极连接(如图2所示)。

其中，该热电转换模块104可以是矩形片件结构。并且该热电转换模块104包括高温端和低温端，其中所述高温端连接在所述电路板的第二侧面。

其中，该高温端通过膏状或是具有弹性的导热硅胶连接在所述电路板的第二侧面上。

如图1所示，热电转换模块104则吸收均值功放(即PA1)工作时产生的热能，导致其一端(高温端)的温度上升，并与另一端(低温端)形成温差，由此利用半导体的塞贝克效应在所述热电转换模块的输出端产生电动势，该输出端与峰值功放的漏极连接；如图2中，该输出端与峰值功放(即PA2、PA3...)的漏极连接，PA2、PA3等峰值功放的漏极电压(即VDD2、VDD3...)与输出端输出的电压叠加，从而使得峰值功放的漏极电压提高，Doherty射频功率放大器整体的饱和功率提高，线性性能改善。

本申请实施例所提供的方案，相对传统的Doherty射频功率放大器，在原基础上提高了转换效率，同时减小热电转换模块面积，降低成本，同时通过提高了Doherty射频功率放大器的饱和功率。

如图3所示，基于上述实施例所提供的Doherty射频功率放大器，本申请实施例还提供一种通信设备300，该通信设备300用于实现通信功能，该通信设备300中除了有Doherty射频功率放大器301以外，还包括多个其他功能的通信元件302，该实施例中其他功能的通信元件302与Doherty射频功率放大器301组合实现通信设备的各项功能；该通信设备300可以是一个移动终端也可以是一个基站等等，只要是可应用Doherty射频功率放大器的通信设备都可以是该实施例中的通信设备300。当然基于通信设备的具体实现功能，该实施例中的通信元件302可以包括很多具体实现方式此处不一一举例；

根据上述实施例中Doherty射频功率放大器的结构描述，Doherty射频功率放大器中的热电转换模块可以输出电能到其他用电元件，所以在该实施例通信设备中结合上述Doherty射频功率放大器的功能，上述通信元件302可以包括用电通信元件和其他通信元件；在一些情况下，该用电的通信元件可以和Doherty射频功率放大器的热电转换模块的输出端连接，从而有效的利用热电转换模块所输出的电能。

另外，对于效率、线性要求比较高的通信设备，该实施例中的Doherty射频功率放大器301的热电转换模块的输出端与Doherty射频功率放大器301中峰值功率放大器的漏极连接。从而可以优化Doherty射频功率放大器的设计，提高了Doherty射频功率放大器301的饱和功率，配合高峰均比的载波信号，可提高通信设备效率，降低功耗降低成本，提高线性；尤其是在Doherty技术应用场景可以提高通信设备的线性性能，减少了通信设备的相互干扰。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。