一种多级Doherty功率放大器装置的制作方法

一种多级doherty功率放大器装置
技术领域
1.本技术涉及通信，具体涉及一种多级doherty功率放大器装置。


背景技术：

2.5g大规模多输入多输出(massive-multiple input multiple output，massive-mimo)技术有效提升了通信系统的容量。通常情况下，使用5gmassive-mimo技术的基站有32通道、64通道甚至更多通道，每个通道都需要独立的功率放大器。5g调制方案更加复杂，载波带宽更宽，信号具有更高的峰均比，功率放大器需要更多回退功率提升线性。因而5g massive-mimo基站的功率放大器需要满足小型化、高效率、大带宽和低成本的需求。
3.doherty功率放大器技术用在无线通信系统中，能够提供更高的功率放大器效率。在现有5g massive-mimo方案上，采用全集成doherty功率放大器装置技术。全集成doherty功率放大器装置能提供较好的增益和效率性能。比如，图1为现有技术提供的一种全集成多级doherty功率放大器装置的原理框图。全集成doherty功率放大器装置，无需或仅需较少匹配电路。其优点是体积较小，应用时仅需要提供稳定电源，印制电路板(printed circuit board，pcb)调试难度低。但是，全集成doherty功率放大器装置的匹配电路采用基于半导体技术的固定匹配，匹配芯片流片完成后无法调节，灵活性差，需要迭代试验。因而，全集成doherty功率放大器装置的调试难度大、产品周期长、成功率低，在功率等级和频段多样的5g时代，不利于快速推出5g基站产品。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种多级doherty功率放大器装置，大大降低了开发难度，以及缩短了开发周期。
5.本技术实施例提供一种多级doherty功率放大器装置，包括：功分器、可调匹配、功率放大器模块和合路器；
6.所述功分器将接收到的输入信号分成两路输入信号，通过所述可调匹配和所述功率放大器模块输出两路输出信号，并通过所述合路器将所述两路输出信号组合成满足目标性能参数的输出信号；所述可调匹配用于通过调整自身的阻抗和电长度特性，对每路所述输入信号进行调整。
7.本技术实施例通过将可调匹配放置在外部实现，并通过灵活调节可调匹配，对每路输入信号进行调整，以快速实现简易多级doherty功率放大器装置所需要的性能，降低了调试复杂度，缩短了产品开发周期。
附图说明
8.图1为现有技术提供的一种全集成多级doherty功率放大器装置的原理框图；
9.图2是本技术实施例提供的一种多级doherty功率放大器装置的结构框图；
10.图3是本发明实施例中一种多级doherty功率放大器装置的原理框图；
11.图4是本发明实施例中一种多级doherty功率放大器装置的电路图。
具体实施方式
12.下文中将结合附图对本技术的实施例进行说明。以下结合实施例附图对本技术进行描述，所举实例仅用于解释本技术，并非用于限定本技术的范围。
13.在现有方案中，全集成模组方案是将功放管管芯以及所需要的外围所有匹配电路全部集成在一个芯片内部，其优势是器件数量少，布局面积小，竞争力强。但是此种方案存在一个很大的弊端，就是它的实现过程依赖于用集成无源器件(integrated passive devices，ipd)或者单片微波集成电路(monolithic microwave integrated circuit，mmic)，此类电路需要半导体流片产生，一次迭代周期都在6个月以上，在功放电路设计中受限于模型精度以及指标要求高度，往往需要多次迭代才能达到最优。因此对功放管的开发周期影响太大，完全无法适应5g快速迭代以及竞争力持续提升的要求。有鉴于此，本技术实施例提出一种简易的多级doherty功率放大器装置，通过灵活调节可调匹配，可以快速实现简易多级doherty功率放大器装置所需要的性能，降低了调试复杂度，缩短了产品开发周期，从而有效解决了现有技术中全集成doherty功率放大器模块调试难度大、产品周期长的问题。
14.图2是本技术实施例提供的一种多级doherty功率放大器装置的结构框图。本实施例适用于提升多级doherty功率放大器装置的调试灵活性的情况。如图2所示，本实施例中的多级doherty功率放大器装置包括：功分器110、可调匹配120、功率放大器模块130和合路器140；
15.功分器110将接收到的输入信号分成两路输入信号，通过可调匹配120和功率放大器模块130输出两路输出信号，并通过合路器140将两路输出信号组合成满足目标性能参数的输出信号；可调匹配用于通过调整自身的阻抗和电长度特性，对每路输入信号进行调整。
16.示例性地，如图2所示，功分器110与可调匹配120连接，功率放大器模块130的两端均与可调匹配120连接，但功率放大器模块130的两端所连接的可调匹配120不同，一端与可调输入匹配连接，另一端与可调输出匹配连接，合路器140与作为可调输出匹配的可调匹配120连接。
17.在实施例中，利用可调匹配120，并结合功率放大器模块130，在doherty功率放大器的阻抗匹配原则下，在pcb上实现多级doherty功率放大器装置的工作过程，即将传统模组方案中的内部匹配网络放置在外部实现，并将传统ipd和mmic实现的相关匹配网络，调整为在pcb上用可调节的匹配网络实现，从而大大降低了开发难度，缩短开发周期。
18.在一实施例中，功率放大器模块至少包括：主推动级功率放大器、主末级功率放大器、辅推动级功率放大器和辅末级功率放大器。
19.在一实施例中，功率放大器模块，独立封装在一个器件中。在实施例中，将功率放大器模块作为一个器件，即将推动级功率放大器和末级功率放大器封装起来，每个功率放大器分别实现信号功率放大功能，即将功率放大器模块独立封装在一个器件中，多级doherty功率放大器装置占用面积更小，实现了多级doherty功率放大器装置的小型化和低成本。同时，通过灵活配置可调匹配的电路，可以实现多个doherty功率放大器装置的产品需求。
20.在一实施例中，可调匹配至少包括下述之一：可调微带线、可调电容和可调电感。
21.在一实施例中，功分器至少包括下述之一：可调微带线、耦合器、可调电阻；合路器至少包括下述之一：可调微带线、可调电容、耦合器。在实施例中，功分器和合路器可以灵活选用可调元器件或采用微带电路实现。功分器和合路器采用可调元器件，可以在pcb上灵活更换，具有可调性；或者，采用微带电路实现，可以灵活调节pcb的微带电路参数。
22.在一实施例中，可调匹配包括：主路可调输入匹配、辅路可调输入匹配、主路可调级间匹配、辅路可调级间匹配、主路可调输出匹配和辅路可调输出匹配；
23.主路可调输入匹配和辅路可调输入匹配的第一端均与功分器连接，主路可调输入匹配的第二端与主推动级功率放大器的第一端连接，辅路可调输入匹配的第二端与辅推动级功率放大器的第一端连接；主路可调级间匹配的第一端与主推动级功率放大器的第二端连接，辅路可调级间匹配的第一端与辅推动级功率放大器的第二端连接，主路可调级间匹配的第二端与主末级功率放大器的第一端连接，辅路可调级间匹配的第二端与辅末级功率放大器的第一端连接；主路可调输出匹配的第一端与所述主末级功率放大器的第二端连接，辅路可调输出匹配的第一端与辅末级功率放大器的第二端连接，主路可调输出匹配和辅路可调输出匹配的第二端均与合路器连接。
24.在一实施例中，由主路可调输入匹配、主推动级功率放大器、主路可调级间匹配、主末级功率放大器和主路可调输出匹配，组成功率放大器模块的主路侧；
25.由辅路可调输入匹配、辅推动级功率放大器、辅路可调级间匹配、辅末级功率放大器和辅路可调输出匹配，组成功率放大器模块的辅路侧。
26.在一实施例中，在功分器接收到输入信号之后，分别经过主路可调输入匹配和辅路可调输入匹配，得到主输入信号和辅输入信号；
27.主输入信号进入功率放大器模块的主路侧，经过主推动级功率放大器进行功率放大，得到主推动级输出信号；主推动级输出信号通过主路可调级间匹配后得到主末级输入信号；主末级输入信号进入主末级功率放大器进行功率再次放大，得到主输出信号；
28.辅输入信号进入功率放大器模块的辅路侧，经过辅推动级功率放大器进行功率放大，得到辅推动级输出信号；辅推动级输出信号通过辅路可调级间匹配后得到辅末级输入信号；辅末级输入信号进入辅末级功率放大器进行功率再次放大，得到辅输出信号；
29.主输出信号经过主路可调输出匹配，以及辅输出信号经过辅路可调输出匹配后进入合路器，在多级doherty功率放大器技术原则下，得到满足目标性能参数的输出信号，并通过合路器输出满足目标性能参数的输出信号。
30.在一实施例中，调整可调匹配的阻抗和电长度特性，至少包括下述之一：调节可调微带线的长度和宽度；调节可调电容的容值；可调电感的感值。
31.在实施例中，可调匹配的实现形式包括：基于多级doherty功率放大器中的微带电路、电容器件和电感器件的调整，实现对可调匹配的参数调整。通过调节可调微带线的长度和宽度、可调电容的容值，以及可调电感的感值，可以调整可调匹配的阻抗和电长度特性，实现工作频带上的性能需求(比如，增益、功率和效率性能)。在工作频带上利用可调输入匹配调节输入驻波、增益和电长度特性；利用可调级间匹配实现推动级输出功率、效率调试和末级输入驻波、增益调试；利用可调输出匹配实现末级功率、效率调试。
32.本实施例中，通过灵活调节可调匹配电路中的可调微带线、可调电容和可调电感
的器件参数，极大提升了多级doherty功率放大器装置的调试灵活性，显著缩短了产品开发周期。同时，快速实现了多级doherty功率放大器装置所需要的性能。
33.在一实施例中，主推动级功率放大器，工作在a类或ab类功率放大器状态；
34.主末级功率放大器，工作在ab类功率放大器状态；
35.辅推动级功率放大器，工作在a类、ab类、b类或c类功率放大器状态；
36.辅末级功率放大器，工作在b类或c类功率放大器状态。
37.在一实施例中，在输入信号处于低功率模式下，辅末级功率放大器关闭，主推动级功率放大器和主末级功率放大器工作在主功率放大状态；
38.在输入信号的功率逐渐增加的情况下，主推动级功率放大器和主末级功率放大器继续保持工作；辅末级功率放大器逐渐开始工作，辅推动级功率放大器和辅末级功率放大器工作在辅功率放大状态；通过主路侧和辅路侧的工作状态形成多级doherty功率放大器装置的工作状态。
39.在一实现方式中，本技术实施例提供了一种简易的多级doherty功率放大器装置的实现过程，有效解决了现有技术中全集成doherty功率放大器模块调试难度大、产品周期长的问题。
40.本技术的多级doherty功率放大器装置由一个功率放大器模块、可调输入匹配、可调级间匹配、可调输出匹配、功分器和合路器构成。
41.本技术利用可调匹配(包括可调输入匹配、可调级间匹配和可调输出匹配)，并结合使用功率放大器模块，在doherty功率放大器的阻抗匹配原则下，在pcb上实现一种简易的多级doherty功率放大器装置的工作过程。
42.本技术的可调匹配(包括可调输入匹配、可调级间匹配和可调输出匹配)的实现形式：基于doherty功率放大器技术原则下的微带电路、电容器件和电感器件等技术实现。通过调节微带线的长度和宽度、电容器件的容值和电感器件的感值，可以调整可调匹配的阻抗和电长度特性，实现工作频带上的性能需求(增益、功率和效率性能)。
43.在工作频带上利用可调输入匹配调节输入驻波、增益和相位补偿；利用可调级间匹配实现推动级输出功率、效率调试和末级输入驻波、增益调试；利用可调输出匹配实现末级功率、效率调试。
44.通过灵活调节可调匹配电路中的微带线、电容和电感器件参数，可以灵活实现简易多级doherty功率放大器模块所需要的性能，降低了调试复杂度，缩短了产品开发周期。
45.本技术中的功率放大器模块是将推动级功率放大器和末级功率放大器封装起来，每个功率放大器实现信号功率放大功能。通过灵活配置可调匹配电路，可以实现多个doherty功率放大器模块的产品需求。
46.本技术中的功分器和合路器可以灵活选用市场产品或采用微带电路实现。选用市场产品带来的有益效果是在pcb上可以灵活更换，具有可调性。采用微带电路实现，pcb的微带线参数可以灵活调节。
47.在此，对简称进行说明。在实施例中，主推动级功率放大器，简称主推动级；主末级功率放大器，简称主末级；辅推动级功率放大器，简称辅推动级；辅末级功率放大器，简称辅末级。
48.在一实现方式中，图3是本发明实施例中一种多级doherty功率放大器装置的原理
框图，提供了一种简易多级doherty功率放大器装置的实现过程。如图3所示，本实施例中，多级doherty功率放大器装置由功分器210，主路可调输入匹配220，功率放大器模块230，主路可调级间匹配240，主路可调输出匹配250，辅路可调输入匹配260，辅路可调级间匹配270，辅路可调输出匹配280和合路器290构成。功率放大器模块230，由主推动级2301、主末级2302、辅推动级2303和辅末级2304构成。
49.可调匹配(包括主路可调输入匹配220和辅路可调输入匹配260、主路可调级间匹配240和辅路可调级间匹配270、主路可调输出匹配250和辅路可调输出匹配280)的实现形式，采用基于doherty功率放大器技术原则下的微带电路、电容器件和电感器件等技术实现。通过调节pcb上可调微带线的长度和宽度、可调电容的容值和可调电感的感值，可以调整可调匹配的阻抗和电长度特性，实现工作频带上的性能需求(增益、功率和效率性能)。
50.功分器210和合路器290可以灵活选用市场产品或采用微带电路实现。选用市场产品带来的有益效果是在pcb上可以灵活更换，具有可调性。采用微带电路实现，pcb的微带线参数可以灵活调节。
51.在工作频带上利用可调输入匹配(包括：主路可调输入匹配220和辅路可调输入匹配260)调节输入驻波、增益和相位补偿。利用可调级间匹配(包括：主路可调级间匹配240和辅路可调级间匹配270)实现推动级输出功率、效率调试和末级输入驻波、增益调试；利用可调输出匹配(主路可调输出匹配250和辅路可调输出匹配280)实现末级功率、效率调试。利用功分器210调节工作频段的功率分配比例，利用合路器290调节输出的功率和效率性能。
52.在实施例中，将主路可调输入匹配220，主推动级2301，主路可调级间匹配240，主末级302和主路可调输出匹配250称为功率放大器模块的主路侧。
53.在实施例中，将辅路可调输入匹配260，辅推动级303，辅路可调级间匹配270，辅末级304和辅路可调输出匹配280称为功率放大器模块的辅路侧。
54.在实施例中，主路侧和辅路侧采用并联方式连接。
55.在实施例中，多级doherty功率放大器装置的工作过程，包括：
56.输入信号进入简易的多级doherty功率放大器装置的功分器210，输出两个信号给主路侧和辅路侧，即经过主路可调输入匹配220和辅路可调输入匹配260，分别输出主输入信号和辅输入信号。
57.主输入信号经过主推动级2301进行功率放大，得到主推动级输出信号；主推动级输出信号经过主路可调级间匹配240后得到主末级输入信号；主末级输入信号进入主末级2302进行进一步功率放大，得到主输出信号。
58.辅输入信号经过辅推动级2303进行功率放大，得到辅推动级输出信号；辅推动级输出信号经过辅路可调级间匹配270后得到辅末级输入信号；辅末级输入信号进入辅末级2304进行进一步功率放大，得到辅输出信号。
59.主输出信号和辅输出信号分别经过主路可调输出匹配250和主路可调输出匹配280之后，共同进入合路器290进行合路输出，得到最终的输出信号。
60.在实施例中，主推动级2301，工作在a类或ab类功率放大器状态；主末级2302，工作在ab类功率放大器状态；辅推动级2303，工作在a类、ab类、b类或c类功率放大器状态；辅末级2304，工作在b类或c类功率放大器状态。
61.在输入信号处于低功率模式下，所述辅末级2304关闭，所述主推动级2301和所述
主末级2302工作在主功率放大状态。
62.在输入信号功率逐渐增加时，主推动级2301和主末级2302继续保持工作，辅末级2304逐渐开始工作，所述辅推动级2303和辅末级2304工作在辅功率放大状态。
63.主功率放大状态和辅功率放大状态通过合路器290的结合形成多级doherty功率放大器装置的工作状态。
64.在实施例中，主路可调输入匹配220和辅路可调输入匹配260，用于实现输入信号的阻抗匹配和移相作用。
65.主路可调输出匹配250和辅路可调输出匹配280，用于实现输出信号的阻抗匹配作用。
66.主路可调级间匹配240和辅路可调级间匹配270，用于实现推动级输出匹配和末级输入匹配的作用。
67.在实施例中，功率放大器模块230，是独立封装在一个器件中，可以采用塑料封装、陶瓷封装等，对此不作限定。
68.功率放大器模块230的实现简单、周期短，可以实现宽带使用。功率放大器模块230定型后，仅需对功分器210，合路器290和可调匹配(包括：主路可调输入匹配220和辅路可调输入匹配260、主路可调级间匹配240和辅路可调级间匹配270、主路可调输出匹配250和辅路可调输出匹配280)进行灵活调整，可便捷实现工作频段、增益、功率和效率性能的调整，实现了功率放大器方案的简易灵活特性，解决了现有技术中集成功率放大器调试难度大、产品周期长的问题。
69.在实施例中，可以通过调节pcb可调微带线的长度和宽度、可调电容的容值和可调电感的感值，可以调整可调匹配的阻抗和电长度特性，实现工作频带上的性能需求。
70.在实施例中，多级doherty功率放大器装置中的主推动级2301和辅推动级2303可以采用相同功率的功率放大器，也可以采用不同功率的功率放大器。在实施例中，多级doherty功率放大器装置中的主末级2302和辅末级2304可以采用相同的功率放大器，也可以采用不同功率的功率放大器。
71.在实施例中，多级doherty功率放大器装置中的主推动级301，主末级302，辅推动级303和辅末级304的功率放大器芯片可以采用氮化镓(gallium nitride，gan)技术，横向扩散金属氧化物半导体(laterally diffused metal oxide semiconductor，ldmos)技术或者砷化镓(gallium arsenide，gaas)技术等进行实现，对此不作限定。
72.在一实现方式中，图4是本发明实施例中一种多级doherty功率放大器装置的电路图。如图4所示，本实施例中，简易的多级doherty功率放大器装置由功分器310，主路可调输入匹配320，功率放大器模块330，主路可调级间匹配340，主路可调输出匹配350，辅路可调输入匹配360，辅路可调级间匹配370，辅路可调输出匹配380和合路器390构成。在如图4所示的实施例中没有给出供电电路，但在实际应用中是存在的。
73.在实施例中，本实施例中可调匹配电路(主路可调输入匹配320和辅路可调输入匹配360、主路可调级间匹配340和辅路可调级间匹配370、主路可调输出匹配350和辅路可调输出匹配380)的可调电容和可调微带线，在图4中，可调匹配电路中包括带箭头的电容和微带线。利用这些可调性器件，功率放大器模块330和功分器310形成的多级doherty功率放大器装置，能够有效解决传统技术中全集成doherty功率放大器模块中的调试难度大，产品周
期长的问题。
74.功率放大器模块330，作为一个独立封装的器件，采用塑料封装，其内部包含了四个功率放大器(amplifier)，分别为主推动级amp1，主末级amp2，辅推动级amp3和辅末级amp3。在实施例中，功率放大器模块330也可以采用其他封装，例如陶瓷封装，对此不作限定。
75.在实施例中，合路器390采用了微带线形式进行实现，根据dohety功率放大器技术原理，将主路末级amp2的主路可调输出匹配250和辅路末级amp4的辅路可调输出匹配280连接。在实际应用中，亦可以采用微带线与电容组合的形式，也可以使用耦合器做合路器使用，对此不作限定。
76.在实施例中，将主路可调输入匹配320，主推动级amp1，主路可调级间匹配340，主末级amp2和主路可调输出匹配350称为主路侧。
77.在实施例中，将辅路可调输入匹配360，辅推动级amp3，辅路可调级间匹配370，辅末级amp4和辅路可调输出匹配380称为辅路侧。
78.在实施例中，主路侧和辅路侧采用并联方式连接。
79.在实施例中，主推动级amp1工作在a类或ab类功率放大器状态；主末级amp2工作在ab类功率放大器状态；辅推动级amp3工作在a类、ab类、b类或c类功率放大器状态；辅末级amp4，工作在b类或c类功率放大器状态。
80.在输入信号处于低功率模式下，辅末级amp4关闭，主推动级amp1和主末级amp2工作在主功率放大状态。
81.在输入信号功率逐渐增加时，主推动级amp1和主末级amp2继续保持工作，辅末级amp4逐渐开始工作，同时辅推动级amp3和辅末级amp4工作在辅功率放大状态。
82.主功率放大状态和辅功率放大状态通过合路器390的结合形成多级doherty功率放大器装置的工作状态。
83.在实际应用中，功分器310可以采用微带电路实现，也可以灵活选用市场产品。在实施例中，功分器310采用90
°
耦合器和电阻构成。例如，可以应用2.6ghz 3db 90
°
耦合器实现2.6ghz的等功率分配；如果采用3.5ghz的5db90
°
耦合器，可以实现3.5ghz的不等功率分配(1:2)。这些仅需通过更换90
°
耦合器即可实现。
84.主路可调输入匹配320和辅路可调输入匹配360，主路可调级间匹配340和辅路可调级间匹配370，主路可调输出匹配350和辅路可调输出匹配380，采用可调微带线和可调电容进行实现。由于可调微带线和可调电容均在pcb上进行应用，能够灵活地进行调节。通过调整可调微带线的长度、宽度，以及可调电容的电容值大小，可以实现需要的阻抗和电长度，得到需要的增益、功率和效率等性能。(例如，如图4所示中的原微带线(line8)的尺寸为1.5mm*10mm，将其更换为1mm*12mm，功率放大器的效率可以提升5％。或者如图4所示中的电容c13由1pf更换为1.5pf，输出功率可以增加0.5db)。在如图4中，未将所有的微带线和电容，采用元器件符号进行标记，但在实际应用中，均配置有对应的元器件符号。
85.本实施例中，可调匹配电路和合路器均采用可调微带线和可调电容实现，合路器采用pcb微带线进行实现。功率放大器装置不需要做任何调整，仅需要灵活、便捷调整可调微带线、可调电容和/或90
°
耦合器，可以快速实现多个需求的功率放大器模块方案。
86.以上所述，仅为本技术的示例性实施例而已，应被理解为本发明的保护范围并不
局限于这样的陈述和实施例。本领域的相关人员通过非创造性的劳动进行的修改和变动都属于本专利的保护范围。
87.通过示范性和非限制性的示例，上文已提供了对本技术的示范实施例的详细描述。但结合附图和权利要求来考虑，对以上实施例的多种修改和调整对本领域技术人员来说是显而易见的，但不偏离本技术的范围。因此，本技术的恰当范围将根据权利要求确定。