可重构Doherty功率放大器

技术领域

本发明属于通信领域，具体涉及一种可重构Doherty功率放大器，用于通信基站、电台等设备。

背景技术

随着通信技术的发展，越来越多的通信标准被提了出来。在不同的通信标准中，对通信系统的工作频带也各不相同。同时，作为通信系统重要指标之一的效率，特别是回退点的效率也有了越来越高的要求。为了兼容不同通信标准并达到效率指标的要求，对作为实现高效率常用结构的Doherty功率放大器进行可重构方面的研究已成为了热门。

对于可重构Doherty的研究，现有的可重构功率放大器大部分实现方式是通过在功率放大器的匹配电路上添加多个枝节，枝节通过开关的导通与否来控制是否接入匹配电路，从而改变匹配电路的结构来达到不同工作频段的切换，如图1所示。但是现有的可重构功率放大器存在以下问题：

1)现有方式由于切换工作频带后需要共用主干路的匹配电路，因此计算较为复杂。

2)现有的可重构功率放大器大部分是对单路放大器进行可重构操作，由于开关器件的加入，使电路的插损变大，导致了放大器整体的增益和效率降低。

3)现有的可重构功率放大器往往具有多个带有开关的枝节，各开关均单独供电，并且各开关枝节不是同时工作，导致操作较为复杂。

4)现有的可重构功率放大器由于多个外部枝节的接入，在开关断开时往往会有开路枝节的微带线并联在匹配电路中，对匹配电路产生影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有可重构Doherty功率放大器电路结构上的缺点，提供一种可重构Doherty功率放大器新结构，降低可重构Doherty功率放大器开路枝节对电路的影响，降低开关对电路的损耗，减少需要控制的开关数量，同时降低功率放大器设计计算的复杂度。

为实现上述目的，本发明提供了一种可重构Doherty功率放大器，包括：输入端口、功分器、第一相移线、第二相移线、第一载波功放、第二载波功放、第一峰值功放、第二峰值功放、负载调制网络和输出端口；其中，

输入端口与功分器的输入端连接；

功分器将从输入端口输入的信号等分为两路；功分器包括第一开关电路和第二开关电路，第一开关电路和第二开关电路分别设置在功分器的两个分路上，功分器的输入端连接第一开关电路和第二开关电路的输入端；第一开关电路和第二开关电路的输入端之间设置电阻；

所述第一开关电路包括一个单刀双掷开关和两条四分之一波长微带线；单刀双掷开关不动端接地，双掷端的两端分别接连接一条四分之一波长微带线的输出端；两条四分之一微带线的输入端并联后连接第一开关电路的输入端，输出端分别连接第一相移线的输入端和第二相移线的输入端；

所述第二开关电路包括一个单刀双掷开关和两条四分之一波长微带线；单刀双掷开关不动端接地，双掷端的两端分别接连接一条四分之一波长微带线的输出端；所述两条四分之一微带线的输入端并联后连接第二开关电路的输入端，输出端分别连接第一峰值功放和第二峰值功放；

所述第一相移线的输出端与第一载波功放的输入端相连接；

所述第二相移线的输出端与第二载波功放的输入端相连接；

所述第一载波功放、第二载波功放、第一峰值功放、第二峰值功放均包括依次串联在一起的输入端隔直电容、输入匹配电路、晶体管、输出匹配电路、输出端隔直电容；所述第一载波功放、第二载波功放、第一峰值功放、第二峰值功放的输出端均与负载调制网路连接；

所述负载调制网络为并行结构，包括第三开关电路、第四开关电路、第三相移线和第四相移线；

所述第三开关电路包括一个单刀双掷开关和两条四分之一波长微带线；单刀双掷开关不动端接地，双掷端的两端分别接连接一条四分之一波长微带线的输入端；两条四分之一微带线的输入端分别连接第一载波功放和第二载波功放的输出端，输出端并联后连接输出端口；

所述第一峰值功放的输出端连接第三相移线的输入端，所述第二峰值功放的输出端连接第四相移线的输入端；

所述第四开关电路包括一个单刀双掷开关和两条四分之一波长微带线；单刀双掷开关不动端接地，双掷端的两端分别接连接一条四分之一波长微带线的输入端；两条四分之一微带线的输入端分别连接第三相移线和第四相移线的输出端，输出端并联后连接输出端口；

受所述第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路和第四开关电路闭合或断开的控制，所述第一载波功放和第二载波功放二者同一时间段内只有一个工作，所述第一峰值功放和第二峰值功放二者同一时间段内只有一个功放工作。

进一步的，所述第一开关电路和第二开关电路各自的两条四分之一波长微带线是所述功分器(2)本身的组成部件。

进一步的，所述第一开关电路和第二开关电路中的四分之一波长微带线的特征阻抗均为50Ω。

进一步的，所述第一开关电路和第二开关电路中的四分之一波长微带线的特征阻抗均为50Ω。

进一步的，所述第一相移线和第二相移线的特征阻抗均为50Ω。

进一步的，所述第三相移线和第四相移线的特征阻抗均为50Ω。

进一步的，所述第三开关电路和第四开关电路各自的两条四分之一波长微带线是所述负载调制网络(11)本身的组成部件。

进一步的，所述第三开关电路和第四开关电路中的两条四分之一波长微带线的特征阻抗均为70.7Ω。

进一步的，所述第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路和第四开关电路被同时控制切换。

进一步的，第一载波功放和第二峰值功放二者同一时间段内工作于第一频段，所述第二载波功放和第一峰值功放二者同一时间段工作于第二频段；或者，第一载波功放和第一峰值功放二者同一时间段内工作于第一频段，所述第二载波功放和第二峰值功放二者同一时间段工作于第二频段。

本发明具有以下有益效果：

1)本发明以Doherty结构为基础，整体功放由载波功放和峰值功放组成，特别的，本发明采用双载波功放和双峰值功放，通过开关对载波功放与峰值功放的选择达到切换工作频带的目的。由于采用了Doherty结构，开关控制的均是完整功放，没有共用的匹配电路，在设计时只需对各载波、峰值功放单独设计即可，减少了计算的过程。

2)本发明中采用的是接地式开关，即开关导通后接地，与四分之一波长微带线配合使用可实现射频开路的目的，这样就有效减少了开关的加入对整体电路的影响，并且本发明采用Doherty结构，大大提高了整体功放的效率。

3)本发明采用单刀双掷开关，载波功放和峰值功放两两配对，四个开关同时工作，完成对功放的切换；由于是同时工作，四个开关可以同时控制，减少了操作的次数。

4)本发明将Doherty结构中的四分之一波长微带线与接地开关结合，不需要额外加入枝节，开关断开时，作为电路的一部分正常工作；开关导通时，与四分之一波长微带线同时作用，达到射频开路的目的，不对放大电路造成影响。

附图说明

图1为现有的可重构匹配结构。

图2为本发明可重构Doherty功率放大器整体电路。

图3为本发明可重构Doherty功率放大器工作流程图。

图4为本发明当开关电路a断开，b导通时开关电路的仿真结果。

图5为本发明当开关电路a导通，b断开时开关电路的仿真结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

针对现有技术的确定，本发明提出了一种新型可重构Doherty功率放大器，通过将Doherty功率放大器中的多段四分之一波长微带线与接地式开关结合起来，不但可以避免工作频段切换后，四分之一波长微带线电长度随频率变化而导致的频散现象，而且对于开关的控制更加方便。

如图2所示，本发明的可重构Doherty功率放大器整体电路包括：输入端口1、功分器2、第一相移线5、第二相移线6、第一载波功放7、第二载波功放8、第一峰值功放9、第二峰值功放10、负载调制网络11和输出端口16。

其中，输入端口1与功分器2的输入端连接；功分器2将从输入端口1输入的信号等分为两路；功分器2包括第一开关电路3和第二开关电路4，第一开关电路3和第二开关电路4分别设置在功分器的两个分路上，功分器2的输入端连接第一开关电路3和第二开关电路4的输入端；第一开关电路3和第二开关电路4的输入端之间设置电阻。

所述第一开关电路3包括一个单刀双掷开关和两条四分之一波长微带线；单刀双掷开关不动端接地，双掷端的两端分别接连接一条四分之一波长微带线的输出端；两条四分之一微带线的输入端并联后连接第一开关电路3的输入端，输出端分别连接第一相移线5的输入端和第二相移线6的输入端。

所述第二开关电路4包括一个单刀双掷开关和两条四分之一波长微带线；单刀双掷开关不动端接地，双掷端的两端分别接连接一条四分之一波长微带线的输出端；所述两条四分之一微带线的输入端并联后连接第二开关电路4的输入端，输出端分别连接第一峰值功放9和第二峰值功放10。

所述第一相移线5的输出端与第一载波功放7的输入端相连接；所述第二相移线6的输出端与第二载波功放8的输入端相连接。

所述第一载波功放7、第二载波功放8、第一峰值功放9、第二峰值功放10均包括依次串联在一起的输入端隔直电容、输入匹配电路、晶体管、输出匹配电路、输出端隔直电容；所述第一载波功放7、第二载波功放8、第一峰值功放9、第二峰值功放10的输出端均与负载调制网路11连接。

所述负载调制网络11为并行结构，包括第三开关电路12、第四开关电路13、第三相移线14和第四相移线15。

所述第三开关电路12包括一个单刀双掷开关和两条四分之一波长微带线；单刀双掷开关不动端接地，双掷端的两端分别接连接一条四分之一波长微带线的输入端；两条四分之一微带线的输入端分别连接第一载波功放7和第二载波功放8的输出端，输出端并联后连接输出端口16。

所述第一峰值功放9的输出端连接第三相移线14的输入端，所述第二峰值功放10的输出端连接第四相移线15的输入端。

所述第四开关电路13包括一个单刀双掷开关和两条四分之一波长微带线；单刀双掷开关不动端接地，双掷端的两端分别接连接一条四分之一波长微带线的输入端；两条四分之一微带线的输入端分别连接第三相移线14和第四相移线15的输出端，输出端并联后连接输出端口16。

当开关断开时，电路正常工作；当开关导通时，开关与其前的四分之一波长微带线串联接地，此时达到射频开路目的。受所述第一开关电路(3)、第二开关电路(4)、第三开关电路(12)和第四开关电路(13)闭合或断开的控制，所述第一载波功放7、第二载波功放8同一时间段内只有一个功放工作；所述第一峰值功放9、第二峰值功放10同一时间内只有一个功放工作。

优选的，在本发明的一些具体实施方式中，所述第一开关电路3和第二开关电路4各自的两条四分之一波长微带线是所述功分器2本身的组成部件。

优选地，在本发明的一些具体实施方式中，所述第一开关电路3和第二开关电路4中的四分之一波长微带线的特征阻抗均为50Ω。

优选地，在本发明的一些具体实施方式中，所述第一开关电路3和第二开关电路4中的四分之一波长微带线的特征阻抗均为50Ω。

优选地，在本发明的一些具体实施方式中，所述第一相移线5和第二相移线6的特征阻抗均为50Ω。

优选地，在本发明的一些具体实施方式中，所述第三相移线14和第四相移线15的特征阻抗均为50Ω。

优选地，在本发明的一些具体实施方式中，所述第三开关电路12和第四开关电路13各自的两条四分之一波长微带线是所述负载调制网络11本身的组成部件。

优选地，在本发明的一些具体实施方式中，所述第三开关电路12和第四开关电路13中的两条四分之一波长微带线的特征阻抗均为70.7Ω。

优选地，在本发明的一些具体实施方式中，所述第一开关电路3、第二开关电路4、第三开关电路12和第四开关电路13被同时控制切换。

优选地，在本发明的一些具体实施方式中，第一载波功放7和第二峰值功放10二者同一时间段内工作于第一频段，所述第二载波功放8和第一峰值功放9二者同一时间段工作于第二频段；或者，第一载波功放7和第一峰值功放9二者同一时间段内工作于第一频段，所述第二载波功放8和第二峰值功放10二者同一时间段工作于第二频段。当开关断开时，电路正常工作；当开关导通时，开关与其前的四分之一波长微带线串联接地，此时达到射频开路目的。

下面就本发明提出的可重构Doherty功率放大器的具体工作流程进行说明，参见图2-图3，本发明可重构Doherty功率放大器的工作流程如下：

1)输入信号由输入端口1进入功分器2。

2)当第一开关电路3、第二开关电路4、第三开关电路12和第四开关电路13中单刀双掷开关的双掷端a端断开、b端导通时，第二载波功放8与第一峰值功放9工作，此时由于b端的导通，与第一载波功放7与第二峰值功放10连接的四分之一波长微带线被短路到地，因四分之一波长微带线的特性，此时相当于射频开路。对此种单独仿真的结果如图4所示。

当第一开关电路3、第二开关电路4、第三开关电路12和第四开关电路13中单刀双掷开关的双掷端a端导通、b端断开时，第一载波功放7与第二峰值功放10工作，此时由于a端的导通，与第二载波功放8与第一峰值功放9连接的四分之一波长微带线被短路到地，因四分之一波长微带线的特性，此时相当于射频开路。

当a断开，b导通时，对开关电路单独仿真的结果如图4所示；当a导通，b断开时，对开关电路单独仿真的结果如图5所示。从仿真结果可以看出，当开关导通时可有效降低未工作的部分对电路的影响。

本发明具体实施方式中，利用四分之一波长微带线的特性与接地开关结合，可实现第一载波功放7、第二载波功放8、第一峰值功放9、第二峰值功放10之间的切换。

3)通过开关对第一载波功放7、第二载波功放8、第一峰值功放9、第二峰值功放10的切换，可使Doherty功放在两个频段内进行切换。在工作频段内，将输入信号放大。

4)放大后的信号由负载调制网络11进行功率合成。

5)合成后的信号由输出端口16输出。

本发明采用Doherty结构，整体功放由载波功放和峰值功放组成，特别的，本发明采用双载波功放和双峰值功放，通过开关对载波功放与峰值功放的选择达到切换工作频带的目的。由于采用了Doherty结构，开关控制的均是完整功放，没有共用的匹配电路，在设计时只需对各载波、峰值功放单独设计即可。

本发明中采用的是接地式开关，即开关导通后接地，与四分之一波长微带线配合使用可实现射频开路的目的，这样就有效减少了开关的加入对整体电路的影响。并且本发明采用Doherty结构，相比非Doherty的可重构功放，效率提高了7％左右，相比当前主流的可重构Doherty，效率提高了5％左右，大大提高了整体功放的效率。

本发明采用单刀双掷开关，载波功放和峰值功放两两配对，四个开关同时工作，完成对功放的切换。由于是同时工作，四个开关可以同时控制，减少了操作的次数。

本发明将Doherty结构中的四分之一波长微带线与接地开关结合，不需要额外加入枝节，开关断开时，作为电路的一部分正常工作；开关导通时，与四分之一波长微带线同时作用，达到射频开路的目的，不对放大电路造成影响。

本发明旨在对结构上进行创新，其他信号的晶体管器件、开关器件亦适用于本发明结构；本发明结构中的功分器也可替代为电桥或耦合器，但需注意相位的变化，在适当情况下需加入微带线来补偿相位。

以上仅为发明的优选实施例而已，并不用以限制本发明，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，凡在本发明的思想原则内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。