[發明專利]一種負載調制差分功率放大器、基站和移動終端

在審

• 申請號: 202010375687.2
• 申請日: 2020-05-07
• 公開（公告）號: CN111342787A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 呂關勝;陳文華;陳曉凡;黃飛;周航
• 申請（專利權）人: 優鎵科技（北京）有限公司;清華大學
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45;H03F1/42;H03F1/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 張芳

本發明提供一種負載調制差分功率放大器、基站和移動終端，其中負載調制差分功率放大器包括主功放支路和輔功放支路，主功放支路包括一主功放單元，輔功放支路包括一差分功率放大器，主功放支路的輸出端與輔功放支路的一個輸出端子連接，輔功放支路的另一個輸出端子連接一后匹配網絡。本發明將負載調制技術應用于差分功率放大器，既保留了差分功率放大器的寬帶優勢，又可實現類似于Doherty功放的高回退效率，在通信系統中有巨大的應用前景。

技術領域

本發明屬于無線通信技術的微波功率放大器技術領域，特別涉及一種負載調制差分功率放大器、基站和移動終端。

背景技術

為了提高頻譜效率，現代通信信號往往使用OFDM等復雜的調制方式，這帶來了高峰均比(PAPR)的問題。高PAPR給射頻功率放大器(以下簡稱功放)的設計帶來了困難，尤其是對功放的效率指標帶來了不利的影響。傳統的AB類線性功放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下功放大部分時間工作在回退功率區，AB類功放的平均效率遠遠低于其飽和效率。為了增強調制信號激勵下的平均效率，目前的通信基站普遍采用Doherty技術提高功放的回退效率。

圖1為Doherty功放的結構，其包含兩路功放，即主功放和輔功放，其中主功放偏置為AB類，輔功放則偏置為C類，主功放輸出功率為P，輔功放輸出功率是主功放的α倍(α≥1)。圖1中的R₀是主功放的最佳負載阻抗，則輔功放的最佳負載為R₀/α。后匹配網絡將50Ω負載阻抗變換為R₀/(α+1)。TL1是特性阻抗為R₀的四分之一波長線。Doherty功放的工作原理可以分為低功率區和高功率區進行分析，兩個區域以C類偏置的輔功放開啟為界。在低功率區，輔功放處于截止狀態，其輸出阻抗呈現開路，此時圖1可以等效為圖2，TL1將R₀/(α+1)變換為(α+1)R₀，即此時Z₁＝(α+1)R₀，則主功放首次達到飽和時的輸出功率為P/(α+1)。在高功率區，隨著輔功放的開啟，由于輔功放輸出信號對主功放輸出信號的牽引作用，Z₁和Z₂逐漸發生變化，這就是所謂的有源負載牽引作用。在飽和點，這種牽引作用的效果達到最大，此時Z₁＝R₀，Z₂＝R₀/α，Doherty的輸出功率達到最大值(1+α)P。因此，Doherty能夠實現的功率回退為20lg(1+α)(單位：dB)。

Doherty功放結構簡單，效率性能優異，但是四分之一波長線的使用導致其存在固有的帶寬限制。從以上的原理分析可以看出，在低功率區，TL1的阻抗變換比高達(α+1)²，因此Doherty功放只能在較窄的帶寬內保持高效率。此外，后匹配網絡也會限制帶寬，當輸出功率很高或者工作電壓很低時，R₀會很小，這意味著后匹配網絡的阻抗變換比也會很高。

隨著通信技術的快速發展，通信頻段的數量不斷增加，為了使通信系統能夠支持更多的頻段，功放的帶寬要求也相應的越來越高。然而，即使采用各種帶寬拓展技術，Doherty功放的帶寬仍然普遍低于50％，難以滿足越來越高的帶寬需求，需要探索新型的高效率技術。

發明內容

針對Doherty功率放大器存在的帶寬限制問題，本發明提出了一種負載調制差分功率放大器、基站和移動終端，可以實現寬帶高回退效率的性能，有助于減小通信系統的尺寸和成本。

本發明第一方面，提供一種負載調制差分功率放大器，包括主功放支路和輔功放支路，所述主功放支路包括一主功放單元，所述輔功放支路包括一差分功率放大器，所述主功放支路的輸出端與所述輔功放支路的一個輸出端子連接，所述輔功放支路的另一個輸出端子連接一后匹配網絡。

所述主功放單元為AB類功率放大器。所述輔功放支路的差分功率放大器為C類差分功率放大器。