一种多端口Doherty功率放大器

本发明涉及无线通信，具体涉及一种多端口doherty功率放大器。

背景技术：

1、由于多端口功率放大器(mpa)能够形成波束模式，因此在现代雷达和卫星通信系统中被广泛应用于多通道卫星转发器和多波束卫星发射机中。此外，多端口功率放大器架构还可以有效地应用于移动通信系统的自适应天线阵列中。

2、传统的多端口功率放大器由两个混合矩阵网络和n个放大器组成，输入功率经过输入矩阵网络被平均分配到各个放大器单元输入端口，经过放大后，各个输出信号经过输出矩阵网络被重新组合，最终被发送出去。在多端口功率放大器工作过程中，每个放大器都能够接收到各个端口的输入信号。传统的多端口功率放大器具备以下的特点：在每个时刻，分配给一个输出端口的射频功率是总可用射频功率的一部分，所有放大器都为每个单独的输出信号提供功率；一个高功率功率放大器发生故障虽然会使得总输出功率不可忽略的降低，但并不会导致一路输出信号彻底损失，这在实际应用中可以提高系统的稳定性；通过调整输入信号的幅度，就可以灵活地分配各个输出端口之间的功率大小。

3、然而，这种传统多端口功率放大器架构也存在着一些不足。现代无线通信系统中为了满足高速率数据传输，需要增加频谱利用率或者拓展频谱带宽。因此，学者们研究出了多种调制技术来频谱利用率，但这使得信号的峰均比变得更大。当输入信号是高峰均比信号，且输入功率较低时，传统多端口功率放大器的效率就会很低，从而导致发射机的性能不佳。

4、因此，本发明提供了一种多端口doherty功率放大器，以至少解决上述部分技术问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供一种多端口doherty功率放大器，以至少解决上述部分技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种多端口doherty功率放大器，包括一个n×n输入巴特勒矩阵网络、n个doherty子功放和一个n×n输出巴特勒矩阵网络，n个doherty子功放的输入端分别与n×n输入巴特勒矩阵网络的n个输出端一对一连接，n个doherty子功放的输出端分别与n×n输出巴特勒矩阵网络的n个输入端一对一连接；所述n×n输入巴特勒矩阵网络用于将n个输入信号进行幅度和相位加权，生成具有不同相位且功率大小相等的n路处理信号，所述doherty子功放用于对n路处理信号进行放大并输出n路放大信号到n×n输出巴特勒矩阵网络中；所述n×n输出巴特勒矩阵对n路放大信号重新组合为n个输出信号并输出。

4、进一步地，所述doherty子功放包括功分器，与功分器连接的载波功率放大器和峰值功率放大器，以及与载波功率放大器和峰值功率放大器连接的负载调制匹配网络，功分器与n×n输入巴特勒矩阵网络的一个输出端连接，负载调制匹配网络与n×n输出巴特勒矩阵网络的一个输入端连接。

5、进一步地，所述功分器包括与n×n输入巴特勒矩阵网络的一个输出端连接的传输线1和传输线2和分别与传输线1和传输线2一对一连接的传输线3和传输线4，传输线3连接有端口2，传输线4连接有端口3，传输线1与传输线3之间的节点和传输线2与传输线4之间的节点连接有电阻1，传输线3与端口2之间的节点和传输线4与端口3之间的节点连接有电阻2。

6、进一步地，所述载波功率放大器包括依次连接的载波输入匹配网络、有源晶体管1和载波输出匹配网络，所述峰值功率放大器包括依次连接的峰值输入匹配网络、有源晶体管2和峰值输出匹配网络，载波输入匹配网络和峰值输入匹配网络与功分器连接，载波输出匹配网络和峰值输出匹配网络与负载调制匹配网络连接。

7、进一步地，所述有源晶体管1和有源晶体管2均采用有源晶体管cg2h40010f。

8、进一步地，所述功分器与载波输入匹配网络之间连接有相位补偿线，所述峰值输出匹配网络与负载调制匹配网络之间连接有峰值补偿线。

9、进一步地，所述载波输入匹配网络和峰值输入匹配网络均包含有栅极偏置电路，栅极偏置电路采用微带线。

10、进一步地，所述载波输出匹配网络和峰值输出匹配网络均包含有漏极偏置电路，漏极偏置电路采用微带线。

11、进一步地，所述n×n输入巴特勒矩阵网络包括交叉连接的3db定向耦合器1和移相器1。

12、进一步地，所述n×n输出巴特勒矩阵网络包括交叉连接的3db定向耦合器2和移相器2。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

14、本发明克服了传统多端口功率放大器在输出功率回退时漏极效率偏低的问题，并具备宽带及多带工作能力，通过使用doherty架构来作为子功放，利用doherty具有高回退效率的特性来解决传统多端口功放回退效率低的问题，可应用于现代高速率多通道无线通信系统。

技术特征：

1.一种多端口doherty功率放大器，其特征在于，包括一个n×n输入巴特勒矩阵网络、n个doherty子功放和一个n×n输出巴特勒矩阵网络，n个doherty子功放的输入端分别与n×n输入巴特勒矩阵网络的n个输出端一对一连接，n个doherty子功放的输出端分别与n×n输出巴特勒矩阵网络的n个输入端一对一连接；所述n×n输入巴特勒矩阵网络用于将n个输入信号进行幅度和相位加权，生成具有不同相位且功率大小相等的n路处理信号，所述doherty子功放用于对n路处理信号进行放大并输出n路放大信号到n×n输出巴特勒矩阵网络中；所述n×n输出巴特勒矩阵对n路放大信号重新组合为n个输出信号并输出。

2.根据权利要求1所述的一种多端口doherty功率放大器，其特征在于，所述doherty子功放包括功分器，与功分器连接的载波功率放大器和峰值功率放大器，以及与载波功率放大器和峰值功率放大器连接的负载调制匹配网络，功分器与n×n输入巴特勒矩阵网络的一个输出端连接，负载调制匹配网络与n×n输出巴特勒矩阵网络的一个输入端连接。

3.根据权利要求2所述的一种多端口doherty功率放大器，其特征在于，所述功分器包括与n×n输入巴特勒矩阵网络的一个输出端连接的传输线1和传输线2和分别与传输线1和传输线2一对一连接的传输线3和传输线4，传输线3连接有端口2，传输线4连接有端口3，传输线1与传输线3之间的节点和传输线2与传输线4之间的节点连接有电阻1，传输线3与端口2之间的节点和传输线4与端口3之间的节点连接有电阻2。

4.根据权利要求2所述的一种多端口doherty功率放大器，其特征在于，所述载波功率放大器包括依次连接的载波输入匹配网络、有源晶体管1和载波输出匹配网络，所述峰值功率放大器包括依次连接的峰值输入匹配网络、有源晶体管2和峰值输出匹配网络，载波输入匹配网络和峰值输入匹配网络与功分器连接，载波输出匹配网络和峰值输出匹配网络与负载调制匹配网络连接。

5.根据权利要求4所述的一种多端口doherty功率放大器，其特征在于，所述有源晶体管1和有源晶体管2均采用有源晶体管cg2h40010f。

6.根据权利要求4所述的一种多端口doherty功率放大器，其特征在于，所述功分器与载波输入匹配网络之间连接有相位补偿线，所述峰值输出匹配网络与负载调制匹配网络之间连接有峰值补偿线。

7.根据权利要求4所述的一种多端口doherty功率放大器，其特征在于，所述载波输入匹配网络和峰值输入匹配网络均包含有栅极偏置电路，栅极偏置电路采用微带线。

8.根据权利要求4所述的一种多端口doherty功率放大器，其特征在于，所述载波输出匹配网络和峰值输出匹配网络均包含有漏极偏置电路，漏极偏置电路采用微带线。

9.根据权利要求1所述的一种多端口doherty功率放大器，其特征在于，所述n×n输入巴特勒矩阵网络包括交叉连接的3db定向耦合器1和移相器1。

10.根据权利要求1所述的一种多端口doherty功率放大器，其特征在于，所述n×n输出巴特勒矩阵网络包括交叉连接的3db定向耦合器2和移相器2。

技术总结
本发明公开了一种多端口Doherty功率放大器，包括一个N×N输入巴特勒矩阵网络、N个Doherty子功放和一个N×N输出巴特勒矩阵网络；所述N×N输入巴特勒矩阵网络将N个输入信号进行幅度和相位加权，生成具有不同相位且功率大小相等的N路处理信号，所述Doherty子功放对N路处理信号进行放大并输出N路放大信号到N×N输出巴特勒矩阵网络中；所述N×N输出巴特勒矩阵对N路放大信号重新组合为N个输出信号并输出。本发明克服了传统多端口功率放大器在输出功率回退时漏极效率偏低的问题，并具备宽带及多带工作能力，可应用于现代高速率多通道无线通信系统。

技术研发人员：李明玉,林帅江,史卫民,胡春雨,杨荣兴,代志江,庞竞舟
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1