基于開關諧振結構的高效率Doherty功率放大器實現(xiàn)方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于微波電路設計領域，特別涉及一種基于開關諧振結構的高效率 Doherty功率放大器實現(xiàn)方法。
【背景技術】
[0002] 隨著無線調制系統(tǒng)對效率和線性度的嚴格要求，功放的效率顯得越來越重要。在 保證功放線性度的條件下，獲得高效率，已成為功放研制的關鍵技術。
[0003] 目前，一些傳統(tǒng)的提高功放效率的方法，例如，動態(tài)偏置（Dynamic Bias Control)，LINC(Linear Amplification with Nonlinear Components)發(fā)身才機，包絡 刪除和恢復（Envelope Elimination and Restoration, EER)和極坐標發(fā)射機（Polar Transmitter)，通常需要使用外加電路和信號處理，這將導致設計的復雜性和成本的提高， 同時還導致幅相失真較嚴重等問題，使線性化的提高受到限制。
[0004] 關于該方面的研究，華為技術有限公司的蘇永革等人，申請了名為"Doherty功率 放大器"的發(fā)明專利，申請?zhí)枮?010106052711，但是該專利是在主功放后面采用新型補償 線的方式，來提高Doherty功率放大器的效率，效率提高較為有限。
[0005] Yong-Sub Lee 等人在 IEEE Microwave Wireless Components Letter 期刊（IEEE 微波與無線元件快報）上，發(fā)表的"Highly efficient Doherty amplifier based on Class-E topology for WCDMA applications"（基于 E 類拓撲的高效率 Doherty 放大器在 WCDM的應用）的論文。該技術將輔助功放采用E類功放，效率有較大的提高，但是所提出 的結構主要工作于基波頻率，對于諧波抑制較弱，無法保證Doherty功率放大器更高的線 性化要求。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種利用開關諧振結構實現(xiàn)的高效率Doherty功放實現(xiàn) 方法，該結構不但具有帶通濾波功能，線性度得到改善。同時該結構還能使輔助功放實現(xiàn)E 類工作，提高整個Doherty功放的效率。
[0007] 為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是提供一種基于開關諧振結構的Doherty 功率放大器實現(xiàn)方法，其中在Doherty功率放大器的輸入端到輸出端之間，一路為主功放， 另一路為90度相移及輔助功放；
[0008] 在輔助功放之后設有抑制輔助功放的高次諧波分量的開關諧振結構，使輔助功放 實現(xiàn)E類工作；所述開關諧振結構包含開關，及與之相連的并聯(lián)的電阻R、電容C和電感L ;
[0009] 通過公另
化電感值，以使信號諧振于基波頻率，對諧波呈現(xiàn)高阻抗 特性，實現(xiàn)理想E類放大器時域電壓和電流波形的正交關系；其中ω為工作頻率。
[0010] 優(yōu)選地，開關諧振結構中的電感值滿足以下關系：
[0011] 在E類功放的最高工作頻率f_時，寄生電感1被開關諧振結構的并聯(lián)電感所吸 收，漏極峰值電壓等于晶體管的漏極擊穿電壓vd_;
[0012]
[0013] 其中，P。為功放輸出功率。
[0014] 優(yōu)選地，根據(jù)以下公式：
[0015]
[0016] 其中，R、C和L為諧振網(wǎng)絡中的電阻、電容和電感；
[0017] 通過提高負載阻抗&來降低Q值，以形成動態(tài)輸入電阻對輔助功放的動態(tài)電阻進 行匹配；利用開關諧振結構的高-Q值帶通特性，實現(xiàn)對輔助功放輸出信號濾波。
[0018] 優(yōu)選地，在輸出功率超過30dBm以上的大功率條件下，輔助功放開始工作；通過調 整開關諧振結構的電容值，調節(jié)輔助功放的輸出相位，從而在輔助功放與主功放輸出信號 進行合成后，抑制不需要的失真相位信號，提高Doherty功率放大器的線性度。
[0019] 優(yōu)選地，所述Doherty功率放大器中，介質基板的相對介電常數(shù)ε ^的選擇范圍為 2~5之間，損耗角正切值tg 〇 < 10 3;介質厚度h為0. 6~0. 8_。
[0020] 本發(fā)明帶來以下有益效果：
[0021] 本發(fā)明在將傳統(tǒng)的Doherty功放的輔助功放中加入開關諧振結構，實現(xiàn)Doherty 功放的高效率；利用開關諧振結構的高-Q性能，實現(xiàn)帶通濾波性能，保證線性度，加工簡 單，易于與其它微波電路集成，具有很強的實用性及應用前景。
[0022] 本發(fā)明將開關諧振結構應用于Doherty功放中，其工作于基波頻率，對諧波呈現(xiàn) 出高阻抗特性，從而使時域電壓和電流波形得到優(yōu)化，逼近理想E類功放?？梢员ＷC功放高 線性度的條件下，較大的提高整個Doherty功放的效率。不需要外加信號處理電路，結構簡 單，具有廣闊的實用價值。
[0023] 其信號諧振于基波頻率，對諧波呈現(xiàn)出高阻抗特性，通過優(yōu)化電感值，使時域電壓 和電流波形得到優(yōu)化，逼近理想E類放大器時域電壓和電流波形的正交關系。
[0024] 通過調整輔助功放后諧振網(wǎng)絡中的電容值，在大功率條件下，調節(jié)輔助功放的輸 出相位，從而與主功放輸出信號進行合成，抑制不需要的失真相位信號，在高效率條件下， 提高整個Doherty功放的線性度。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發(fā)明中的開關諧振結構的示意圖；
[0026] 圖2是本發(fā)明中基于開關諧振結構的Doherty功放的整體結構示意圖；
[0027] 圖3是對有無諧振網(wǎng)絡時Doherty功放的測試結果及仿真結果的比較圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合【附圖說明】本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0029] 本發(fā)明的設計原理如下：
[0030] 配合參見圖1、圖2所示，本發(fā)明的Doherty功放的輸入端到輸出端之間，一路為 主功放，一路為90度相移及輔助功放，并且在輔助功放之后加入有開關諧振結構（或稱開 關諧振網(wǎng)絡），來抑制輔助功放的高次諧波分量；通過所述開關諧振結構，實現(xiàn)輔助功放的 E類工作方式，在高線性度條件下，較大的提高Doherty功放的效率。在所述開關諧振結構 中，通過采用不同的電感值，實現(xiàn)對Doherty功放工作頻率的選擇；并且，利用所述開關諧 振結構的高-Q (約200左右）性能，實現(xiàn)帶通濾波功能，抑制E類輔助功放的諧波和雜散信 號，從而提高整個Doherty功放的線性度。
[0031] 本發(fā)明的優(yōu)選實施例的具體實施過程如下：
[0032] 1、開關諧振結構內部參數(shù)確定
[0033] 開關諧振內部參數(shù)如圖1所示，該結構由開關，及并聯(lián)的電阻、電容和電感組成。 改進型E類功放的寄生電感1和漏極承受的最大電壓￥3是