[發明專利]基于單頻線的毫米波雙頻Doherty功率放大器

有效

• 申請號: 201710332251.3
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107222173B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 呂關勝;陳文華
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H03F1/02
• 分類號: H03F1/02;H03F1/42;H03F3/213;H03F3/68
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤

本發明提出一種基于單頻線的毫米波雙頻Doherty功率放大器，包括：雙頻功率分配器、主功放雙頻輸入匹配網絡、輔功放雙頻輸入匹配網絡、主功放管、輔功放管、主功放雙頻輸出匹配網絡、輔功放雙頻輸出匹配網絡和雙頻后匹配網絡，其中，雙頻功率分配器通過第一預設長度的第一單頻傳輸線與主功放雙頻輸入匹配網絡相連，主功放雙頻輸出匹配網絡通過第二預設長度的第二單頻傳輸線與雙頻后匹配網絡相連，輔功放雙頻輸出匹配網絡分別通過第三預設長度的第三單頻傳輸線與雙頻后匹配網絡相連。本發明采用普通單頻傳輸線實現雙頻相移功能，克服了傳統雙頻傳輸線在毫米波頻段存在的尺寸大、損耗高、帶寬窄的問題，可以大大提高雙頻相移線的性能。

技術領域

本發明涉及移動通信技術領域，特別涉及一種基于單頻線的毫米波雙頻Doherty功率放大器。

背景技術

在現代通信系統中，頻率資源是最為稀缺的資源之一，為了提高頻譜利用率，往往使用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用技術)、CDMA(Code Division Multiple Access，碼分多址技術)等現代調制方式。然而，這些現代調制方式在提高頻譜利用率的同時，也帶來了高峰均比PAPR(Peak to Average Power Ratio，峰值平均功率比)的問題。這種高PAPR對射頻前端，尤其是射頻功率放大器的設計帶來了困難，尤其是對功率放大器的效率指標帶來了不利的影響。傳統的AB類線性功率放大器在飽和功率附近有較高的效率，而當輸出功率降低時，其效率急劇下降。由于在高PAPR下功率放大器大部分時間工作在回退功率區，使得AB類功率放大器的效率遠遠低于起飽和效率。可以說，高PAPR是現代通信系統中使用的功率放大器必須要應對的困難之一。

另一方面，隨著通信技術的發展，有越來越多的3G/4G/5G通信系統被標準化并投入運營，這些通信系統被分配在廣闊的頻段上。在這種背景下，當今同一個運營商同時在多個頻段上運營多個不同模式的通信系統成為一種常態。雙頻功放由于可以工作在兩個相距較遠的通信頻段，可以大大降低射頻前端的復雜度，受到了設備制造商和運營商的廣泛關注。在目前的4G基站中，雙頻功放已經得到實際應用，展現出巨大的優勢。

由于6GHz以下通信頻段已經擁擠不堪，在未來的5G通信中，為了大幅提高通信速率，毫米波頻段將會被采用。國際電聯(ITU)在2015年舉行的世界無線電通信大會(WRC-15)上，初步擬定了全球可行頻率列表，包括24.25-27.5GHz、31.8-33.4GHz、37-40.5GHz等頻段。美國聯邦通信委員會(FCC)開放了28GHz、37GHz、39GHz和64-71GHz毫米波頻段，并將其納入5G標準中?？梢姡?G通信中將會有多個毫米波頻段被采用，客觀上提出了對雙頻甚至多頻毫米波功放的需求。

綜上，高PAPR和多個毫米波工作頻段，將會是5G通信基站中功率放大器設計的難點和重點之一。其中為了在高PAPR環境下保持高效率，有多種技術方案可供選擇，例如Doherty技術、包絡跟蹤技術、序列功率放大器技術等，這些技術在公知文獻1(RF PowerAmplifiers for Wireless Communications,2^nd Edition,Steve C.Cripps)與公知文獻2(Advanced Techniques in RF Power Amplifier Design,Steve C.Cripps)中有詳細的論述，在這里不再重復。在這些技術中，Doherty技術由于其結構簡單，效率高，可以與傳統功率放大器原位替換等優點，成為在通信基站中應用最為廣泛的高效率功率放大器技術。