專利名稱：N路doherty分布式功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及高功率通信系統(tǒng)。更為特別地，本發(fā)明涉及用于這種系統(tǒng)的高效 高功率放大器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)(諸如IS-95、PCS、WCDMA、OFDM等等)中，功率放大器 已經(jīng)朝著具有寬帶寬和大量載波的方向發(fā)展。近來(lái)，正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制是用于在像 WiBRO和WiMAX之類的有限帶寬內(nèi)高效傳輸信息的具有吸引力的技術(shù)。然而，因?yàn)镺FDM信號(hào) 包括許多獨(dú)立調(diào)制的子載波，所以它產(chǎn)生更高的峰均功率比(PAR)信號(hào)。64子載波OFDM信 號(hào)的典型的PAR大約是8-13dB。當(dāng)子載波的數(shù)目增長(zhǎng)到2048時(shí)，PAR也增加，通常從IldB 到16dB。被設(shè)計(jì)成同這些高PAR —起工作的功率放大器通常具有極端惡化的效率。Doherty放大器是一種公知的用于改善高輸出回退(back off)功率處的效率的 技術(shù)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)應(yīng)用到高功率放大器時(shí)，它容易配置，這不同于諸如切換模式放大 器、EER、LINC等等之類的其它效率增強(qiáng)放大器或技術(shù)。最近的結(jié)果已經(jīng)報(bào)道它使用對(duì)稱 Doherty結(jié)構(gòu)、具有不均勻功率晶體管的非對(duì)稱Doherty結(jié)構(gòu)、以及使用多個(gè)并聯(lián)晶體管的 N路Doherty結(jié)構(gòu)。在對(duì)稱Doherty結(jié)構(gòu)的情況下，最大效率點(diǎn)在6dB回退功率處獲得。非對(duì)稱Doherty放大器通過(guò)針對(duì)主放大器和峰化放大器使用不同功率器件尺寸 的組合，可以在各種回退功率處獲得高效率。遺憾的是，因?yàn)樵谥鞣糯笃骱头寤糯笃髦g 不同的器件匹配電路和延遲失配的原因，很難優(yōu)化非對(duì)稱Doherty放大器的增益和輸出功 率。常規(guī)N路Doherty放大器通過(guò)使用多個(gè)并聯(lián)的相同器件的晶體管，相比常規(guī)2路 Doherty結(jié)構(gòu)具有效率增強(qiáng)。它的一個(gè)缺陷是由于N路輸入功率分路器的損耗的緣故，總增 益將被減小。在低增益的情況下，這將增加驅(qū)動(dòng)放大器的功率浪費(fèi)。另外，盡管常規(guī)N路Doherty放大器可以在高輸出回退功率處提供改善的效率，但 是常規(guī)N路Doherty放大器在針對(duì)較高的峰均功率比(PAR)信號(hào)，在增益和效率兩方面性 目旨會(huì)惡化。因此，在本技術(shù)領(lǐng)域中，需要一種同時(shí)應(yīng)用電路級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的技術(shù)來(lái)改善N路 Doherty放大器在高功率通信系統(tǒng)中在高輸出回退功率處的增益和效率性能的方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，考慮到上述問(wèn)題，做出本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種針對(duì)高功 率通信系統(tǒng)應(yīng)用的、改善Doherty放大結(jié)構(gòu)在高輸出回退功率處的增益和效率性能的方 法。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明，該技術(shù)使用雙饋分布式放大。常規(guī)N路Doherty放大 器中的功率分路器和合并器被具有傳輸線的混合耦合器所替代。相比常規(guī)N路Doherty放 大器，本發(fā)明能夠獲得在輸入和輸出處的良好隔離以及具有高效率的高增益性能。


從結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述中，本發(fā)明的其它目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)可以被更充分地理解。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的使用雙饋分布式(DFD)方法的N路Doherty放大器的實(shí) 施例的示意圖。圖2是示出N路Doherty雙饋分布式放大器的在各個(gè)輸出回退功率水平處的效率 特征的圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的3路Doherty分布式放大器的實(shí)施例的示意圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的3路Doherty分布式放大器的實(shí)施例的增益和功率增加 效率性能(PAE)的仿真結(jié)果的圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的3路Doherty分布式放大器的實(shí)施例的增益和功率增加 效率性能(PAE)的測(cè)量結(jié)果的圖。圖6是示出使用根據(jù)本發(fā)明的3路Doherty分布式放大器的實(shí)施例，針對(duì)單音信 號(hào)的、作為旁路電容器和峰化放大器的偏置電壓的函數(shù)的增益和PAE性能變化的測(cè)量結(jié)果 的圖。圖7是示出使用根據(jù)本發(fā)明的3路Doherty分布式放大器的針對(duì)單個(gè)WCDMA載波 的頻譜測(cè)量結(jié)果的圖。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的混合模式功率放大器系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式通常，本發(fā)明涉及使用具有N路Doherty放大器結(jié)構(gòu)的單端雙饋分布式(SEDFD) 放大方法，從而獲得高輸出回退功率處的高增益和高效率性能。在某些實(shí)施例中，還通過(guò)分 別在半波長(zhǎng)的柵極線和漏極線的末端處調(diào)節(jié)N路峰化放大器的柵極偏置和旁路電容器來(lái) 使增益和效率性能最大化。由此，相比常規(guī)N路Doherty放大器，本發(fā)明針對(duì)復(fù)用調(diào)制信號(hào) 獲得了更高的功率增加效率(PAE)和更高的增益。由此，本發(fā)明所提供的方法和裝置此后 被稱為N路Doherty分布式功率放大器(NWDPA)?，F(xiàn)在，將參考附圖詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的NWDPA的各種實(shí)施例。圖1是示出使用本發(fā)明的SEDFD方法的N路Doherty放大器的示意圖。通過(guò)功 率分路器，RF輸入(RFin)信號(hào)101被提供作為主SEDFD放大器108和峰化SEFDF放大器 107的輸入。每個(gè)SEDFD放大器包括兩個(gè)傳輸線109、110、111、112和N組晶體管113、114。 SEDFD主放大器107和峰化放大器108中的所有晶體管113、114通過(guò)具有中心頻率處的半 波長(zhǎng)度的柵極線和漏極線109、110、111、112連接，并且相同地工作。SEDFD放大器107、108 的輸入信號(hào)沿著柵極線109、111分布，并且放大的輸出信號(hào)沿著漏極線110、112合并。因?yàn)?每個(gè)晶體管添加同相功率到該信號(hào)，所以SEDFD放大器107、108能夠提供更高增益。λ/4 微帶線103位于SEDFD峰化放大器107之前，目的是同步SEDFD主放大器108和SEDFD峰 化放大器107之間的相位。SEDFD主放大器108的輸出信號(hào)傳輸經(jīng)過(guò)微帶λ /4阻抗變換器 104，并且通過(guò)功率合并器105與SEDFD峰化放大器107的輸出信號(hào)合并。圖2是示出NWDPA在各個(gè)輸出回退功率處的效率特性的圖。NWDPA在最大功率水 平處的效率由下式給出
并且在中等功率水平處的效率由下式給出
權(quán)利要求
1.一種N路Doherty分布式放大器，包括RF輸入，至少一個(gè)主分布式放大器，至少兩個(gè)峰化分布式放大器，混合耦合器，其響應(yīng)于輸入信號(hào)，用于分別提供輸入給所述至少一個(gè)主分布式放大器 和所述至少兩個(gè)峰化分布式放大器，以及相位同步器，其響應(yīng)于所述RF輸入，用于同步所述至少一個(gè)主分布式放大器與所述至 少兩個(gè)峰化分布式放大器之間的相位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N路Doherty分布式放大器，其中所述RF輸入是單端雙饋的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N路Doherty分布式放大器，其中所述至少一個(gè)主分布式放 大器和所述至少兩個(gè)峰化分布式放大器中的所有晶體管基本上相同地操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N路Doherty分布式放大器，其中所述至少一個(gè)主分布式放 大器的增益壓縮由所述至少兩個(gè)峰化分布式放大器的增益擴(kuò)大來(lái)補(bǔ)償。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N路Doherty分布式放大器，還包括旁路電容器，其可操作地 連接到所述至少一個(gè)主分布式放大器和所述至少兩個(gè)峰化分布式放大器，并且其中所述主 分布式放大器和峰化分布式放大器的相位受所述旁路電容器的電容控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N路Doherty分布式放大器，其中所述放大器在各種輸出回 退功率處的效率被確定為所述主放大器和峰化放大器的數(shù)目的函數(shù)，其由以下方程給出
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N路Doherty分布式放大器，其中延伸的回退狀態(tài)Xm由以 下方程來(lái)描述
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N路Doherty分布式放大器，其中所述N路Doherty分布式 放大器被配置為前饋線性化技術(shù)的主放大器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N路Doherty分布式放大器，其中所述N路Doherty分布式 放大器從數(shù)字預(yù)失真器接收輸入。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N路Doherty分布式放大器，其中所述主分布式放大器和所 述峰化分布式放大器是下述組中的一種，該組包括第一，多個(gè)單獨(dú)的微型微波集成電路， 以及第二，一個(gè)集成匪IC。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N路Doherty分布式放大器，其中所述相位同步器將所述峰 化分布式放大器的相位延遲成比所述主放大器的相位滯后近似90°。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N路Doherty分布式放大器，其中所述相位同步器包括在所 述峰化分布式放大器之前的λ /4微帶線，以同步所述主分布式放大器和所述峰化分布式放大器之間的相位。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N路Doherty分布式放大器，還包括分別連接到所述主分布 式放大器和所述峰化分布式放大器的前端的輸入阻抗匹配電路。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N路Doherty分布式放大器，還包括連接到所述至少一個(gè)主 分布式放大器和所述至少兩個(gè)峰化分布式放大器的柵極線和漏極線，所述柵極線和漏極線 具有在所述功率放大器的中心頻率處的半波長(zhǎng)度。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N路Doherty分布式放大器，還包括輸出阻抗匹配電路，其 連接到所述至少一個(gè)主分布式放大器和所述至少兩個(gè)峰化分布式放大器的至少一個(gè)輸出。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N路Doherty分布式放大器，還包括至少一個(gè)補(bǔ)償線，其插 入所述主分布式放大器和所述峰化分布式放大器的輸出阻抗匹配電路的末端之間，以阻止 功率從所述主分布式放大器泄露到所述峰化分布式放大器。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N路Doherty分布式放大器，還包括連接到所述補(bǔ)償線的針 對(duì)特征阻抗Ztl的λ /4阻抗變換器。
全文摘要
公開(kāi)了一種功率放大器，該功率放大器使用N-路Doherty結(jié)構(gòu)，用于延伸在諸如寬帶碼分多址接入和正交頻分復(fù)用之類的復(fù)用調(diào)制信號(hào)的高峰均功率比上的效率區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明將雙饋分布式結(jié)構(gòu)使用到N-路Doherty放大器，用以改善在至少一個(gè)主放大器和至少一個(gè)峰化放大器之間的隔離，并且還用以同時(shí)改善高輸出回退功率處的增益和效率性能?；旌像詈掀骺梢杂迷谳斎牒洼敵鲋械娜我庖粋€(gè)處或者可以同時(shí)用在輸入和輸出處。在至少某些實(shí)現(xiàn)中，由于將放大、功率分路與合并都集成在一起，所以還節(jié)省了電路空間。
文檔編號(hào)H03F3/19GK102089966SQ200880021149
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2008年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月23日
發(fā)明者S·P·斯塔普萊頓, 趙庚浚, 金完鍾 申請(qǐng)人:大力系統(tǒng)有限公司