一種多赫蒂功率放大電路及功率放大器的製作方法

2023-09-22 03:09:00

專利名稱：一種多赫蒂功率放大電路及功率放大器的製作方法
技術領域：
本發明涉及功率放大器，具體涉及一種多赫蒂功率放大電路及功率放大器。
背景技術：
功率放大器是無線基站中不可缺少的一部分，功率放大器的效率決定了基站的功耗、尺寸、熱設計等。目前，為了提高頻譜的利用效率，無線通信採用了多種不同制式的調製信號，如正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)、碼分多址(Code-Division Multiple Access, CDMA)、時分多址(Time division multiple access,TDMA)等,根據相關協議的規定,這些制式的信號具有大小不同的峰均比(Peak-to-AveragePower Ratio)，如OFDM的峰均比為10 12dB。高峰均比的信號在基站中對功率放大器有更高的要求，基站功率放大器為了不失真的放大這些高峰均比的信號，一種方法是採用功率回退的方法，就是讓功率放大器工作在A類或AB類狀態，但根據功率放大器的特性，這種方法會引起功率放大器效率的大幅度下降，在同樣輸出功率下，使基站的能耗大大增加；另一種方法就是採用高效率的非線性功率放大器與數字預失真(Digital Predistortion,DPD)等線性化數位技術結合。這樣，可以得到比較好的功率放大器效率，同時功率放大器的線性也能夠滿足相關協議的要求。多赫蒂(Doherty)技術由於實現簡單，成本較低，是當前主流的高效率功率放大器技術。對於傳統的對稱多赫蒂功率放大電路最佳效率點在回退6dB的位置，比較適合於6dB的峰均比信號。而實際上在目前和未來的通信系統中，高峰均比的趨勢越來越明顯，為了實現在更高峰均比信號下獲得更高的效率，非對稱和多路多赫蒂技術的應用越來越多。然而，例如，現有技術中典型的3路多赫蒂功率放大電路一般會有3個功率器件:1個主功率放大器和2個峰值功率放大器，它們各自為一個獨立封裝的器件。這種傳統的3路多赫蒂功率放大電路存在以下主要問題:1、主功率放大器消耗了整個功率放大電路的大部分功耗,大部分熱耗集中在主功率放大器一個功率器件上。這帶來了一些問題，一是熱量集中不利於系統的散熱；二是主功率放大器熱耗大，引起主功率放大器在高溫下性能下降，同時晶片裸片(Die)的節溫過高，主功率放大器的器件可靠性降低。2、傳統的3路多赫蒂功率放大器採用3個器件，器件的數量多，模塊的面積大，導致整個模塊的成本上升。

發明內容
本發明實施例提供了一種多赫蒂功率放大電路及功率放大器，以期改善主功率放大器的散熱，減少電路的器件數量，減少電路面積，節約成本。第一方面，本發明提供一種多赫蒂功率放大電路，其特徵在於，所述多赫蒂功率放大電路包含至少兩個非對稱雙路功率器件，所述至少兩個非對稱雙路功率器件中的每個非對稱雙路功率器件包含兩個功率放大器；
所述至少兩個非對稱雙路功率器件中，每個非對稱雙路功率器件包含的一個功率放大器單獨構成所述多赫蒂功率放大電路的峰值功率放大器，每個非對稱雙路功率器件包含的另一個功率放大器共同構成所述多赫蒂功率放大電路的主功率放大器。在第一種可能的實現方式中，所述多赫蒂功率放大電路包含N-1個非對稱雙路功率器件，其中，N為大於2的正整數；所述N-1個非對稱雙路功率器件構成N路多赫蒂功率放大電路。結合第一方面的第一種可能的實現方式，在第二種可能的實現方式中，所述N-1個非對稱雙路功率器件中，每個非對稱雙路功率器件包含的用於共同構成所述N路多赫蒂功率放大電路的主功率放大器的功率放大器的第一最大輸出功率相等；所述N-1個非對稱雙路功率器件中，每個非對稱雙路功率器件包含的用於單獨構成所述N路多赫蒂功率放大電路的峰值功率放大器的功率放大器的第二最大輸出功率相等;其中，第二最大輸出功率=(N-1)*M*第一最大輸出功率，M為正數。結合第一方面的第二種可能的實現方式，在第三種可能的實現方式中，，M的取值隨通信系統信號的峰均比的增大而增大。結合第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式或第一方面的第二種可能的實現方式或第一方面的第三種可能的實現方式，在第四種可能的實現方式中，所述至少兩個非對稱雙路功率器件中，每個所述非對稱雙路功率器件均通過對每個所述非對稱雙路功率器件包含的兩個功率放大器進行集成而形成。結合第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式或第一方面的第二種可能的實現方式或第一方面的第三種可能的實現方式或第一方面的第四種可能的實現方式，在第五種可能的實現方式中，所述至少兩個非對稱雙路功率器件中，每個所述非對稱雙路功率器件包含的兩個功率放大器分別有相應的阻抗匹配電路，所述阻抗匹配電路包括輸入匹配電路和輸出匹配電路。結合第一方面的第五種可能的實現方式，在第六種可能的實現方式中，所述至少兩個非對稱雙路功率器件中的每個所述非對稱雙路功率器件包含的兩個功率放大器分別通過各自的所述輸出匹配電路連接至合路器。結合第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式或第一方面的第二種可能的實現方式或第一方面的第三種可能的實現方式或第一方面的第四種可能的實現方式或第一方面的第五種可能的實現方式或第一方面的第六種可能的實現方式，在第七種可能的實現方式中，所述至少兩個非對稱雙路功率器件中，用於單獨構成所述多赫蒂功率放大電路的峰值功率放大器的任一個功率放大器的柵極偏置低於用於共同構成所述多赫蒂功率放大電路的主功率放大器的任一個功率放大器的柵極偏置。結合第一方面的第七種可能的實現方式，在第八種可能的實現方式中，按照柵極偏置由高至低的順序，依次開啟所述多赫蒂功率放大電路的峰值功率放大器。第二方面，本發明提供一種功率放大器，其特徵在於，包括第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式或第一方面的第二種可能的實現方式或第一方面的第三種可能的實現方式或第一方面的第四種可能的實現方式或第一方面的第五種可能的實現方式或第一方面的第六種可能的實現方式或第一方面的第七種可能的實現方式或第一方面的第八種可能的實現方式所述的多赫蒂功率放大電路。由上可知，在本發明一些可行的實施方式中，通過將功率放大器集成到非對稱雙路功率器件中，減少了電路的器件數量，減少了電路的面積，同時節約了成本，且主功率放大器的熱耗分散到了每個非對稱雙路功率器件，有利於改善主功率放大器的散熱。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為一種3路多赫蒂功率放大電路的電路結構示意圖；圖2為另一種3路多赫帝功率放大電路的電路結構不意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。為解決現有技術中的多赫蒂功率放大電路存在的熱耗集中、器件數量多、成本高等問題，本發明實施例提供一種多赫蒂功率放大電路，所述多赫蒂功率放大電路包含至少兩個非對稱雙路功率器件，所述至少兩個非對稱雙路功率器件中的每個非對稱雙路功率器件包含兩個功率放大器，所述至少兩個非對稱雙路功率器件中，每個非對稱雙路功率器件包含的一個功率放大器單獨構成所述多赫蒂功率放大電路的峰值功率放大器，每個非對稱雙路功率器件包含的另一個功率放大器共同構成所述多赫蒂功率放大電路的主功率放大器。作為一種實施方式，所述多赫蒂功率放大電路包含N-1個非對稱雙路功率器件，其中，N為大於2的正整數，所述N-1個非對稱雙路功率器件構成N路多赫蒂功率放大電路。所述N-1個非對稱雙路功率器件中，每個非對稱雙路功率器件包含的用於共同構成所述N路多赫蒂功率放大電路的主功率放大器的功率放大器的第一最大輸出功率相等，每個非對稱雙路功率器件包含的用於單獨構成所述N路多赫蒂功率放大電路的峰值功率放大器的功率放大器的第二最大輸出功率相等，其中，第二最大輸出功率=(N_1)*M*第一最大輸出功率，M為正數。M的取值隨通信系統信號的峰均比的增大而增大。至少兩個非對稱雙路功率器件中，每個所述非對稱雙路功率器件均通過對每個所述非對稱雙路功率器件包含的兩個功率放大器進行集成。至少兩個非對稱雙路功率器件中，每個所述非對稱雙路功率器件包含的兩個功率放大器分別有相應的阻抗匹配電路，阻抗匹配電路包括輸入匹配電路和輸出匹配電路。至少兩個非對稱雙路功率器件中，每個非對稱雙路功率器件包含的兩個功率放大器分別通過各自的輸出匹配電路連接至合路器。所述至少兩個非對稱雙路功率器件中，用於單獨構成多赫蒂功率放大電路的峰值功率放大器的任一個功率放大器的柵極偏置，要低於用於共同構成多赫蒂功率放大電路的主功率放大器的任一個功率放大器的柵極偏置。按照柵極偏置由高至低的順序，依次開啟所述多赫蒂功率放大電路的峰值功率放大器。根據本發明實施例提供的一種多赫蒂功率放大電路，通過將功率放大器集成到非對稱雙路功率器件中，減少了電路的器件數量，減少了電路的面積，同時節約了成本，且主功率放大器的熱耗分散到了每個非對稱雙路功率器件，有利於改善主功率放大器的散熱。下面以3路多赫蒂功率放大電路為例進行說明。圖1為一種3路多赫蒂功率放大電路的電路結構示意圖。如圖1所示，為1:1:1的3路多赫蒂功率放大電路，Tl和T2是2個非對稱雙路功率器件，該器件內部有兩路，Tl器件內部兩路分別為Cl和P1，T2器件內部兩路分別為C2和Ρ2，其中，Cl和P1、C2和P2分別進行集成，構成Tl和T2。Cl和PU C2和P2的最大輸出功率分別不相同，Cl、PU C2和P2的最大輸出功率根據3路多赫蒂功率放大電路的設計來進行選取，其最大輸出功率關係如下:Cl的最大輸出功率=C2的最大輸出功率Pl的最大輸出功率=P2的最大輸出功率=2*C1的最大輸出功率設置Pl的柵極偏置比Cl和C2的柵極偏置低，P2的柵極偏置比Pl的柵極偏置低。在射頻功率放大器的電路設計中，功率放大器的輸入和輸出需要匹配電路，匹配到合適的阻抗點，保證功率放大器的功率，效率和增益等。在C1、P1、C2和P2的輸入端和輸出端分別連接有輸入匹配電路和輸出匹配電路，其中，Cl分別連接輸入匹配電路Al和輸出匹配電路BI，Pl分別連接輸入匹配電路A2和輸出匹配電路B2，C2分別連接輸入匹配電路A3和輸出匹配電路B3，P2分別連接輸入匹配電路A4和輸出匹配電路B4。Cl、PU C2和P2的輸出匹配電路連接到合路器1，合路器I將Cl、PU C2和P2的輸出功率合路在一起，輸出給負載，合路器I還包括3路多赫蒂功率放大電路的阻抗變換部分，根據C1，C2，P1和P2的最大輸出功率關係選取合適阻抗變換關係，選取阻抗變換就是使C1、P1、C2和P2之間的阻抗牽引滿足多赫蒂設計的限定條件。圖1所示的3路多赫蒂功率放大電路的工作原理如下:實際工作時Cl和C2合路做主功率放大器，Pl和P2分別作為第一個峰值功率放大器和第二個峰值功率放大器。當輸出功率回退小於12dB時，主要是主功率放大器Cl和C2工作，Pl和P2工作在C類，沒有開啟。當輸出功率回退小於12dB，大於6dB時Pl打開，主功率放大器C1、C2和Pl工作，P2還沒有開啟。當輸出功率回退小於6dB時，P2也打開，C1、C2、P1和P2都工作。合路器I將C1、P1、C2和P2的輸出功率合路在一起，輸出給負載。由於Pl的柵極偏置比Cl和C2的柵極偏置低，P2的柵極偏置比Pl更低，所以主功率放大器和峰值功率放大器依次打開。具體地，柵極偏置越高增益越高，而且峰值功率放大器的增益是隨著輸入功率的增大而增大的，所以對於相同輸入功率而言，輸入功率非常小的時候，主功率放大器的輸出功率遠大於Pl的輸出功率，Pl的輸出功率大於P2的輸出功率，此時主要是主功率放大器在工作，即輸出功率主要是主功率放大器輸出的。當輸入功率繼續增大，增大到輸出功率為總功率回退12dB時，Pl的增益變得比較大了，其輸出功率開始增大,但此時P2的增益還是比較低,其輸出功率可以忽略不計。輸入功率繼續增大,增大到輸出功率為總功率回退6dB時，P2的增益變得比較大了，其輸出功率開始增大。直到最後，主功率放大器和峰值功率放大器都達到其最大輸出功率。根據上述實施例提供的3路多赫蒂功率放大電路，Cl和C2合路做主功放，這樣主功放的熱耗分散到了 Tl和T2兩個非對稱雙路功率器件，改善了模塊散熱和器件的性能，且C1、C2、P1和P2集成到了 Tl和T2兩個非對稱雙路功率器件，減少了器件的數量，減少了電路的面積，同時節約了成本。圖2為另一種3路多赫蒂功率放大電路的電路結構示意圖。如圖2所示，為1:2:2的3路多赫蒂功率放大電路,其最大輸出功率如下:Cl的最大輸出功率=C2的最大輸出功率Pl的最大輸出功率=P2的最大輸出功率=4*C1的最大輸出功率圖2與圖1的區別在於，圖1所示的1:1:1的多赫蒂功率放大電路的開啟點分別是12dB和6dB，圖2所示的1:2:2的多赫蒂功率放大電路無非就是這個點不一樣而已，當然其合路器2內的阻抗匹配電路也不同，根據C3，C4，P3和P4的最大輸出功率關係選取合適阻抗變換關係。具體運行時，根據實際通信系統信號的峰均比，選擇到底是1:1:1或1:2:2。

推廣到1:M:M的3路doherty，其最大輸出功率關係如下:Cl的最大輸出功率=C2的最大輸出功率Pl的最大輸出功率=P2的最大輸出功率=2*M*C1的最大輸出功率其中，M為一個正數，比如M=L 2、M=L 5等等都是可以的。推廣到1:M:…M的N路多赫蒂功率放大電路，其最大輸出功率關係如下:Pl的最大輸出功率=P2的最大輸出功率=...= !^的最大輸出功率=(N_1)*M*C1的最大輸出功率Cl的最大輸出功率=C2的最大輸出功率XfV1的最大輸出功率設置Pl到Pim的柵極偏置依次減小，所以，Pl到Pim依次開啟。以上所揭露的僅為本發明較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，因此依本發明權利要求所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的範圍。
權利要求
1.一種多赫蒂功率放大電路,其特徵在於,所述多赫蒂功率放大電路包含至少兩個非對稱雙路功率器件，所述至少兩個非對稱雙路功率器件中的每個非對稱雙路功率器件包含兩個功率放大器； 所述至少兩個非對稱雙路功率器件中，每個非對稱雙路功率器件包含的一個功率放大器單獨構成所述多赫蒂功率放大電路的峰值功率放大器，每個非對稱雙路功率器件包含的另一個功率放大器共同構成所述多赫蒂功率放大電路的主功率放大器。
2.如權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述多赫蒂功率放大電路包含N-1個非對稱雙路功率器件，其中，N為大於2的正整數； 所述N-1個非對稱雙路功率器件構成N路多赫蒂功率放大電路。
3.如權利要求2所述的電路，其特徵在於，所述N-1個非對稱雙路功率器件中，每個非對稱雙路功率器件包含的用於共同構成所述N路多赫蒂功率放大電路的主功率放大器的功率放大器的第一最大輸出功率相等； 所述N-1個非對稱雙路功率器件中，每個非對稱雙路功率器件包含的用於單獨構成所述N路多赫蒂功率放大電路的峰值功率放大器的功率放大器的第二最大輸出功率相等； 其中，第二最大輸出功率=(N-1) *M*第一最大輸出功率，M為正數。
4.如權利要求3所述的電路，其特徵在於，M的取值隨通信系統信號的峰均比的增大而增大。
5.如權利要求1-4所述的電路，其特徵在於，所述至少兩個非對稱雙路功率器件中，每個所述非對稱雙路功率器件均通過對每個所述非對稱雙路功率器件包含的兩個功率放大器進行集成而形成。
6.如權利要求1-5所述的電路，其特徵在於，所述至少兩個非對稱雙路功率器件中，每個所述非對稱雙路功率器件包含的兩個功率放大器分別有相應的阻抗匹配電路，所述阻抗匹配電路包括輸入匹配電路和輸出匹配電路。
7.如權利要求6所述的電路，其特徵在於，所述至少兩個非對稱雙路功率器件中的每個所述非對稱雙路功率器件包含的兩個功率放大器分別通過各自的所述輸出匹配電路連接至合路器。
8.如權利要求1-7所述的電路，其特徵在於，所述至少兩個非對稱雙路功率器件中，用於單獨構成所述多赫蒂功率放大電路的峰值功率放大器的任一個功率放大器的柵極偏置低於用於共同構成所述多赫蒂功率放大電路的主功率放大器的任一個功率放大器的柵極偏置。
9.如權利要求8所述的電路，其特徵在於，按照柵極偏置由高至低的順序，依次開啟所述多赫蒂功率放大電路的峰值功率放大器。
10.一種功率放大器，其特徵在於，包括權利要求1-9任意一項所述的多赫蒂功率放大電路。
全文摘要
本發明實施例公開了一種多赫蒂功率放大電路。所述多赫蒂功率放大電路包含至少兩個非對稱雙路功率器件，所述至少兩個非對稱雙路功率器件中的每個非對稱雙路功率器件包含兩個功率放大器；所述至少兩個非對稱雙路功率器件中，每個非對稱雙路功率器件包含的一個功率放大器單獨構成所述多赫蒂功率放大電路的峰值功率放大器，每個非對稱雙路功率器件包含的另一個功率放大器共同構成所述多赫蒂功率放大電路的主功率放大器。本發明還相應地公開了一種功率放大器。採用本發明的多赫蒂功率放大電路和功率放大器，有利於改善主功率放大器的散熱，減少電路的器件數量，減少電路面積，節約成本。
文檔編號H03F1/07GK103199798SQ201310089529
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月20日 優先權日2013年3月20日
發明者孫捷, 曾志雄, 李學坤 申請人:華為技術有限公司