一种宽带高效率非对称Doherty功率放大器的制作方法

一种宽带高效率非对称doherty功率放大器
技术领域
1.本发明涉及单片微波功率放大器领域，具体的说是一种宽带高效率非对称doherty功率放大器。


背景技术：

2.随着许多新兴技术的发展，对数据的传输速率提出了越来越高的要求，因此，现代通信系统越来越多地使用复杂的调制方案以加快数据的传输速率，功率放大器是通信系统中最重要的组成部分，它的主要功能是将射频信号进行放大，它的性能将直接影响整个通信系统的性能，doherty功率放大器因其结构简单和较高的回退区效率而得到广泛应用，但是，传统的doherty功率放大器使用了1/4波长传输线，其存在于主功放输出匹配网络的后端以及辅助功放输入匹配网络的前端，限制了功放的带宽及效率。


技术实现要素：

3.为了降低dohery功率放大器宽带及效率受1/4波长传输线的制约，本发明提供了一种宽带高效率非对称doherty功率放大器，通过采用带相位主输出匹配网络和带相位辅助输入匹配网络，替换了电路中原有的1/4传输线，这样就可以集成1/4波长传输线的作用，同时实现阻抗变换。
4.为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种宽带高效率非对称doherty功率放大器，包括输入端口、不等分功分器电路、主功率放大电路、辅助功率放大电路、后匹配网络和输出端口；所述输入端口用于接收需放大的原始射频信号；所述不等分功分器电路用于将原始射频信号分为第一信号和第二信号，并且将第一信号输入至主功率放大电路、将第二信号输入至辅助功率放大电路；所述主功率放大电路用于放大第一信号，主功率放大电路包括依次连接的主输入匹配网络、主栅极偏置网络、主功率放大器、主漏极偏置网络和带相位主输出匹配网络；所述辅助功率放大电路用于放大第二信号，辅助功率放大电路包括依次连接的带相位辅助输入匹配网络、辅助栅极偏置网络、辅助功率放大器、辅助漏极偏置网络和辅助输出匹配网络；所述后匹配网络用于接收放大后的第一信号和第二信号并且通过匹配处理生成最终射频信号；所述输出端口用于向外输出最终射频信号。
5.为本发明一种宽带高效率非对称doherty功率放大器的进一步优化：所述不等分功分器电路包括并联接地的第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4，第一电容c1和第二电容c2之间串联有第一电感l1，第三电容c3和第四电容c4之间串联有第二电感l2。
6.为本发明一种宽带高效率非对称doherty功率放大器的进一步优化：所述的主输入匹配网络包括并联接地的第三电感l3和串联的第五电容c5，第三电感l3的第一端口与不等分功分器电路的第一输出端口连接，第五电容c5第一端口和第三电感l3与不等分功分器电路的第一输出端口的组合端口连接，第二端口与主功率放大器的栅极连接。
7.为本发明一种宽带高效率非对称doherty功率放大器的进一步优化：所述主栅极偏置网络包括串联的第四电感l4和并联接地的第六电容c6，其中，第四电感l4的第二端口与
第六电容c6的第一端口连接、第一端口与主功率放大器的栅极连接。
8.为本发明一种宽带高效率非对称doherty功率放大器的进一步优化：主漏极偏置网络包括串联的第五电感l5和并联接地的第七电容c7，第五电感l5的第二端口和第七电容c7的第一端口连接、第一端口和主功率放大器的漏极连接。
9.为本发明一种宽带高效率非对称doherty功率放大器的进一步优化：所述带相位主输出匹配网络包括串联的第六电感l6、并联接地的第八电容c8、串联的第九电容c9和并联接地的第七电感l7，其中，第六电感l6的第一端口与主功率放大器的漏极连接、第二端口与第八电容c8的第一端口连接，第九电容c9的第一端口与第六电感l6和第八电容c8的组合端口连接、第二端口与第七电感l7的第一端口连接。
10.为本发明一种宽带高效率非对称doherty功率放大器的进一步优化：所述带相位的辅助输入匹配电路包括并联接地的第八电感l8、串联的第十电容c
10
、并联接地的第十一电容c
11
和串联的第九电感l9，其中，第八电感l8的第一端口与不等分功分器电路的第二输出端口连接，第十电容c
10
的第一端口与第八电感l8的第一端口连接、第二端口与第十一电容c
11
的第一端口连接，第九电感l9的第一端口与第十一电容c
11
的第二端口连接、第二端口与辅助功率放大器栅极连接。
11.为本发明一种宽带高效率非对称doherty功率放大器的进一步优化：所述辅助栅极偏置网络包括串联的第十电感l
10
和并联接地的第十二电容c
12
，第十电感l
10
的第一端口与辅助功率放大器的栅极连接、第二端口与第十二电容c
12
的第一端口连接。
12.为本发明一种宽带高效率非对称doherty功率放大器的进一步优化：所述辅助漏极偏置网络包括串联的第十一电感l
11
和并联接地的第十三电容c
13
，第十一电感l
11
的第二端口与第十三电容c
13
的第一端口连接、第一端口与辅助功率放大器的漏极连接。
13.为本发明一种宽带高效率非对称doherty功率放大器的进一步优化：所述辅助输出匹配网络包括串联的第十四电容c
14
和并联接地的第十二电感l
12
，第十四电容c
14
的第一端口与辅助功率放大器的漏极连接、第二端口与第十二电感l
12
的第一端口连接。
14.有益效果：本发明提供的一种宽带高效率非对称doherty功率放大器，降低了1/4波长传输线对doherty功率放大器的带宽及效率的制约，本发明使用的带相位主输出匹配网络和带相位辅助输入匹配网络可以实现宽频带匹配功能，采用输出功率不同的晶体管，这样可以改善辅助功率放大器的基波输出电流小于主功率放大器的情况，较好的完成负载牵引过程，提升整个doherty功率放大器可以实现的功率回退范围。
附图说明
15.图1是宽带高效率非对称doherty功率放大器的结构框图；
16.图2是宽带高效率非对称doherty功率放大器的电路图；
17.图3是宽带高效率非对称doherty功率放大器的工作在7ghz仿真结果；
18.图4是宽带高效率非对称doherty功率放大器的工作在7.0～7.5ghz饱和输出功率以及饱和输出功率时de仿真结果。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.如图1所示，一种宽带高效率非对称doherty功率放大器，包括输入端口、不等分功分器电路、主功率放大电路、辅助功率放大电路、后匹配网络和输出端口，输入端口的输出端与不等分功分器输入端口电路连接，主功率放大电路和辅助功率放大电路并行连接，并且主功率放大电路和辅助功率放大电路输入端分别与不等分功分器电路输出端连接，输出端口输入端与后匹配网络输出端连接，后匹配网络输入端分别与主功率放大电路和辅助功率放大电路输出端连接；输入端口用于接收需放大的原始射频信号；不等分功分器电路用于将原始射频信号分为第一信号和第二信号，并且将第一信号输入至主功率放大电路、将第二信号输入至辅助功率放大电路；主功率放大电路用于放大第一信号，主功率放大电路包括依次连接的主输入匹配网络、主栅极偏置网络、主功率放大器、主漏极偏置网络和带相位主输出匹配网络；辅助功率放大电路用于放大第二信号，辅助功率放大电路包括依次连接的带相位辅助输入匹配网络、辅助栅极偏置网络、辅助功率放大器、辅助漏极偏置网络和辅助输出匹配网络；后匹配网络用于接收放大后的第一信号和第二信号并且通过匹配处理生成最终射频信号；输出端口用于向外输出最终射频信号。
21.对不等分功分器电路作进一步限定：不等分功分器电路包括并联接地的第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4，第一电容c1和第二电容c2之间串联有第一电感l1，第三电容c3和第四电容c4之间串联有第二电感l2，本实施例中，第一电容c1为0.64pf、第二电容c2为0.64pf、第三电容c3为0.32pf、第四电容c4为0.32pf，第一电感l1为0.8nh、第二电感l2为1.6nh。
22.主功率放大电路用于放大第一信号，主功率放大电路包括依次连接的主输入匹配网络、主栅极偏置网络、主功率放大器、主漏极偏置网络和带相位主输出匹配网络，其中，主输入匹配网络的输入端口与不等分功分电路的第一输出端口连接、输出端口与主功率放大器的栅极连接；主功率放大器对第一信号进行放大，主功率放大电路的源极接地、栅极与栅极偏置网络和主输入匹配网络的组合端口连接、漏极与主栅极偏置网络和主输出匹配网络的组合端口连接；带相位主输出匹配网络的输出端口与后匹配网络的输入端口连接；主栅极偏置网络和主漏极偏置网络可用于对主功率放大器所需的电源信号进行扼流。本实施例中，主功率放大器由gan高迁移率晶体管构成，主功率放大器的栅极电压和漏极电压分别是-2.25v和30v。
23.对主输入匹配网络的电路作进一步限定：主输入匹配网络包括并联接地的第三电感l3和串联的第五电容c5，第三电感l3的第一端口与不等分功分器电路的第一输出端口连接，第五电容c5第一端口和第三电感l3与不等分功分器电路的第一输出端口的组合端口连接，第二端口与主功率放大器的栅极连接，本实施例中，第三电感l3为0.28nh、第五电容c5为1.0pf。
24.对主栅极偏置网络的电路作进一步限定：主栅极偏置网络包括串联的第四电感l4和并联接地的第六电容c6，其中，第四电感l4的第二端口与第六电容c6的第一端口连接、第一端口与主功率放大器的栅极连接，本实施例中，第四电感l4为0.15nh、第六电容c6为1.0pf。
25.对主漏极偏置网络的电路作进一步限定：主漏极偏置网络包括串联的第五电感l5和并联接地的第七电容c7，第五电感l5的第二端口和第七电容c7的第一端口连接、第一端口和主功率放大器的漏极连接，本实施例中，第七电容c7为1.0pf、第五电感l5为0.5nh。
26.对带相位主输出匹配网络的电路作进一步限定：带相位主输出匹配网络包括串联的第六电感l6、并联接地的第八电容c8、串联的第九电容c9和并联接地的第七电感l7，其中，第六电感l6的第一端口与主功率放大器的漏极连接、第二端口与第八电容c8的第一端口连接，第九电容c9的第一端口与第六电感l6和第八电容c8的组合端口连接、第二端口与第七电感l7的第一端口连接，本实施例中，第六电感l6为0.2nh、第七电感l7为0.28nh、第八电容c8为3ph、第九电容c9为2.6pf。
27.辅助功率放大电路包括依次连接的带相位辅助输入匹配网络、辅助栅极偏置网络、辅助功率放大器、辅助漏极偏置网络和辅助输出匹配网络，带相位辅助输入网络的输入端口与不等分功分电路的第二输出端口连接、输出端口与辅助功率放大器的栅极连接；辅助功率放大器对第二信号进行放大，辅助功率放大器的源极接地、栅极与辅助栅极偏置网络和带相位辅助输入匹配网络的组合端口连接、漏极与辅助漏极偏置网络和辅助输出匹配网络的组合端口连接；辅助输出匹配网络的输出端口与后匹配网络的输入端口连接；辅助栅极偏置网络和辅助漏极偏置网络可用于对辅助功率放大器所需的电源信号进行扼流。本实施例中，辅助功率放大器由gan高迁移率晶体管构成，辅助功率放大器的栅极电压和漏极电压分别为-1v和30v。
28.对带相位辅助输入匹配网络的电路作进一步限定：带相位辅助输入匹配网络包括并联接地的第八电感l8、串联的第十电容c
10
、并联接地的第十一电容c
11
和串联的第九电感l9，其中，第八电感l8的第一端口与不等分功分器电路的第二输出端口连接，第十电容c
10
的第一端口与第八电感l8的第一端口连接、第二端口与第十一电容c
11
的第一端口连接，第九电感l9的第一端口与第十一电容c
11
的第二端口连接、第二端口与辅助功率放大器栅极连接，本实施例中，第八电感l8为0.28nh、第九电感l9为0.2nh、第十电容c
10
为2.0pf、第十一电容c
11
为2.0pf。
29.对辅助栅极偏置网络的电路作进一步限定：辅助栅极偏置网络包括串联的第十电感l
10
和并联接地的第十二电容c
12
，第十电感l
10
的第一端口与辅助功率放大器的栅极连接、第二端口与第十二电容c
12
的第一端口连接，本实施例中，第十电感l
10
为0.5nh、第十二电容c
12
为1.0pf。
30.对辅助漏极偏置网络的电路作进一步限定：辅助漏极偏置网络包括串联的第十一电感l
11
和并联接地的第十三电容c
13
，第十一电感l
11
的第二端口与第十三电容c
13
的第一端口连接、第一端口与辅助功率放大器的漏极连接，本实施例中，第十一电感l
11
为0.28nh、第十三电容c
13
为1.0pf。
31.对辅助输出匹配网络的作进一步限定：辅助输出匹配网络包括串联的第十四电容c
14
和并联接地的第十二电感l
12
，第十四电容c
14
的第一端口与辅助功率放大器的漏极连接、第二端口与第十二电感l
12
的第一端口连接，本实施例中，第十二电感l
12
为0.28nh、第十四电容c
14
为1.0pf。
32.对后匹配网络的电路作进一步限定：后匹配网络包括并联接地的第十五电容c
15
、串联的第十三电感l
13
和并联接地的第十六电容c
16
，第十五电容c
15
的第一端口与带相位主
输出匹配网络输出端和辅助输出匹配网络输出端的组合端口连接，第十六电容c
16
第一端口与输出端口连接，第十三电感l
13
的第一端口与第十五电容c
15
的第一端口连接、第二端口与第十六电容c
16
和输出端口的组合端口连接，本实施例中，第十三电感l
13
为0.8nh、第十五电容c
15
为0.64pf、第十六电容c
16
为0.64pf。
33.本实施例中，电阻r＝60ω。
34.本实施例中，带相位主输出匹配网络和带相位辅助输入匹配网络由不同元件组成，替换了电路中原有的1/4传输线，这样就可以集成1/4波长传输线的作用，同时实现阻抗变换。
35.图3表明了doherty功率放大器在7ghz下漏极效率de随输出功率p
out
的变化曲线，当doherty功率放大器的输出功率p
out
为42.7dbm时，达到饱和状态，此时漏极效率de为32％。
36.在7.0～7.5ghz、500mhz工作频带内饱和输出功率p
sat
以及饱和输出功率时de仿真结果如图4所示，可以看出漏极效率de在整个频带内为33％～36％，p
sat
为41.9～42.7dbm。
37.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。