基于分布式宽带阻抗变换结构的Doherty功率放大器的制作方法

本发明涉及无线通信技术领域，更具体地，涉及一种基于分布式宽带阻抗变换结构的doherty功率放大器。

背景技术：

由于现代无线通信系统对高传输速率和高频谱利用效率的追求，尤其是5g通信系统所要求的高用户峰值(10gbps)、高可用带宽、高省电性能，对射频功率放大器提出了更高的性能要求。为了满足现代无线通信系统的高线性度要求，在工程上通常采取功率回退技术。为了保证在功率回退后，射频功率放大器仍具有高效率的特性，工程上大多采用doherty功率放大器来提升功率回退效率。在传统的doherty功放结构中，在载波功放(即主功放)后面采用一条四分之一波长传输线作为阻抗变换线，由于四分之一波长传输线进行阻抗变换的带宽受到限制，所以大大制约了doherty功率放大器整体的带宽，使功率放大器不能满足在宽频带范围内保持高效率的要求，现有提升doherty功率放大器带宽的技术大多使用集总式元件，由于集总式元件的寄生效应明显，使功放的实际效果更加偏离于理想状态，再者，集总式元件的使用会增加功放的成本，不利于工业生产。

技术实现要素：

本发明为解决以上现有技术提供的doherty功率放大器在提升带宽时存在的寄生效应明显和高成本的技术缺陷，提供了一种基于分布式宽带阻抗变换结构的doherty功率放大器。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种基于分布式宽带阻抗变换结构的doherty功率放大器，包括功分器、主功率放大器、辅助功率放大器、宽带阻抗变换结构、四分之一波长相位补偿线tl1、阻抗变换线tl2；功分器的输出端一与主功率放大器的输入端连接，主功率放大器的输出端与宽带阻抗变换结构的输入端连接，宽带阻抗变换结构的输出端与阻抗变换线tl2的一端连接；功分器的输出端二通过四分之一波长相位补偿线tl1与辅助功率放大器的输入端连接，辅助功率放大器的输出端与阻抗变换线tl2的一端连接；

其中所述宽带阻抗变换结构包括四分之一波长传输线tl3、短路微带线tl4和短路微带线tl5，四分之一波长传输线tl3的一端作为宽带阻抗变换结构的输入端与主功率放大器的输出端连接，四分之一波长传输线tl3的另一端与短路微带线tl4的一端和短路微带线tl5的一端连接，短路微带线tl4的另一端和短路微带线tl5的另一端接地，四分之一波长传输线tl3的另一端作为宽带阻抗变换结构的输出端与阻抗变换线tl2的一端连接。

上述方案中，功分器按设计需求将输入功率分配到主功率放大器和辅助功率放大器。在低功率输入情况下，辅助功率放大器处于关闭状态，且输出阻抗大于3z0(此专利中表现为大于150ω)，主功率放大器处于开启状态，且输出阻抗为100ω，主功率放大器将输入功率放大，并通过阻抗变换线tl2输出到负载，四分之一波长传输线tl2起到阻抗变换的作用，称之为阻抗变换器，此时在输出功率回退6db处的效率曲线向上凸起；在中等功率输入情况下，辅助功率放大器开启，主功率放大器和辅助功率放大器输出阻抗逐渐下降，主功率放大器处于饱和工作状态，此时两路功率放大器同时工作，将输入信号放大，并通过阻抗变换线tl2将两路功率功率放大器的输出功率合路之后输出到负载；在高功率输入情况下，主功率放大器和辅助功率放大器均处于饱和工作状态，此时两路输出阻抗均下降至50ω，两路功率放大器将信号放大，并通过阻抗变换线tl2将两路功率放大器的输出功率合路并输出到负载，此时效率达到最大。

上述方案中，短路微带线tl4和短路微带线tl5在中心频率处对阻抗变换不产生影响，但在频率低于中心频率时产生正的相移特性，进而抵消由于频偏所造成的匹配点达不到要求的50欧姆的情况。在频率高于中心频率时产生负的相移特性，进而抵消频偏所造成的匹配点越过要求的50欧姆的情况。具体地，所述四分之一波长传输线tl3与短路微带线tl4和短路微带线tl5的连接能使整个宽带阻抗变换结构在宽频带的范围内匹配到50欧姆附近，进而提升带宽。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明在宽带的范围内都具有良好的饱和输出功率。

2)本发明由全分布式传输线构成，提升带宽的同时不引入集总式元件，有效的减小了寄生效应，减小了器件插入损耗，降低了调试难度，也节省了成本。

3)本发明电路结构简单，方便设计与实现。

附图说明

图1为doherty功率放大器的结构示意图。

图2为宽带阻抗变换结构的示意图。

图3为传统的功率放大器与本发明提供的功率放大器的输入回波损耗的仿真对比图。

图4为传统的功率放大器与本发明提供的功率放大器的正向传输系数的仿真对比图。

图5为测试本发明专利所用的电路拓扑图。

图6为本发明提供的具有两级分布式宽带阻抗变换结构的功率放大器与传统的功率放大器的输入回波损耗对比图。

图7为本发明提供的具有两级分布式宽带阻抗变换结构的功率放大器与传统的功率放大器的正向传输系数对比图。

图8为传统的功率放大器与本发明提供的功率放大器的输出功率漏极效率对比图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

如图1所示，一种基于分布式宽带阻抗变换结构的doherty功率放大器，包括功分器、主功率放大器、辅助功率放大器、宽带阻抗变换结构、50欧姆的四分之一波长相位补偿线tl1、35.35欧姆的阻抗变换线tl2；功分器的输出端一与主功率放大器的输入端连接，主功率放大器的输出端与宽带阻抗变换结构的输入端连接，宽带阻抗变换结构的输出端与阻抗变换线tl2的一端连接；功分器的输出端二通过四分之一波长相位补偿线tl1与辅助功率放大器的输入端连接，辅助功率放大器的输出端与阻抗变换线tl2的一端连接；

如图2所示，所述宽带阻抗变换结构包括四分之一波长传输线tl3、短路微带线tl4和短路微带线tl5，四分之一波长传输线tl3的一端作为宽带阻抗变换结构的输入端与主功率放大器的输出端连接，四分之一波长传输线tl3的另一端与短路微带线tl4的一端和短路微带线tl5的一端连接，短路微带线tl4的另一端和短路微带线tl5的另一端分别通过对地过孔via1、对地过孔via2接地，四分之一波长传输线tl3的另一端作为宽带阻抗变换结构的输出端与阻抗变换线tl2的一端连接。

如图3所示，图3为传统的功率放大器与本发明提供的功率放大器的输入回波损耗的仿真对比图，本实施例的中心频率为2.5ghz，从图中可以看出传统的功率放大器的输入回波系数在-20db以下的频率范围为2.35ghz到2.65ghz，一共300mhz，输入回波系数在-10db以下的频率范围为2ghz到3ghz，一共1000mhz。而本发明提供的功率放大器的输入回波系数在-20db以下的频率范围为1.92ghz到2.95ghz，其频率范围达到了1020mhz，较传统的功率放大器的频率范围增加了720mhz。本发明提供的功率放大器的输入回波系数在-10db以下的频率范围为1.63ghz到3.23ghz，其频率范围达到了1600mhz，较传统的功率放大器的频率范围增加了600mhz，从仿真的回波损耗对比图能看出本发明提供的功率放大器的带宽得到了明显拓展。

如图4所示，图4为传统的功率放大器与本发明提供的功率放大器的正向传输系数的仿真对比图，可以看到在中心频率处，传统的功率放大器与本发明提供的功率放大器的正向传输系数都为趋近于0，即理想情况下为没有插入损耗，在1.5ghz到3.3ghz范围内本发明提供的功率放大器的正向传输系数都高于传统的功率放大器的正向传输系数。

如图5所示，图5为测试本发明专利的纯分布式元件的宽带阻抗变换器的电路拓扑图，由于单一的纯分布式元件的宽带阻抗变换结构需要100欧姆输入阻抗，不便于测量，可以比较两种阻抗变换的s参数，也可以根据测得的s21参数得到纯分布式元件的宽带阻抗变换器的插入损耗。本电路由两级本专利所述的纯分布式元件的宽带阻抗变换器构成。

如图6所示，图6为本发明提供的具有两级分布式宽带阻抗变换结构的功率放大器与传统的功率放大器的输入回波损耗对比图，从图中可以看出，在中心频率附近，输入回波损耗有所恶化，主要是由于做工误差以及级联使误差被放大。本发明提供的具有两级分布式宽带阻抗变换结构的功率放大器的输入回波系数在-10db以下的范围为1.7ghz到3ghz，相较与仿真的1.63ghz到3.23ghz，频宽也有所变窄，但是相较于传统的功率放大器，其带宽仍然拓宽了一倍有余。

如图7所示，图7为本发明提供的具有两级分布式宽带阻抗变换结构的功率放大器与传统的功率放大器的正向传输系数对比图，从图中可以看出，在中心频率处，本发明提供的具有两级分布式宽带阻抗变换结构的功率放大器的正向传输系数轻微低于传统的功率放大器，在误差允许的范围内，但是在中心频率附近的宽频范围内，本发明提供的具有两级分布式宽带阻抗变换结构的功率放大器的正向传输系数均大于传统的功率放大器，尤其是低频段处的1.6ghz到2.1ghz范围内，其正向传输系数有较大的提升。

如图8所示，图8为传统的功率放大器与本发明提供的功率放大器的输出功率漏极效率对比图，从图中可以看出，在1.75ghz到1.9ghz频段，本发明提供的功率放大器和传统的功率放大器的输出功率漏极效率基本保持一致，在1.4ghz到1.75ghz，本发明提供的功率放大器较之于传统的功率放大器，其输出功率漏极效率有明显的提升。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。