[发明专利]基于T型网络和耦合线的双频同步式功放及其设计方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术的功率放大器设计领域。特别涉及一种基于T型网络和耦合线的双频同步式功放及其设计方法。尤其是用于多频段、高效的移动通信基站末级射频输出中的一种支持双频段的同步式功率放大器及其设计方法。

背景技术

为了实现“绿色”通信的新理念，高效功率放大器正受到越来越多的关注和重视。目前有几种技术能够达到高效率的目的。一些工作模式如E类、F类功放能够达到很高的漏极效率，理想状态下达到100%的漏极效率，但是这类功放的缺点是线性度比较差。Doherty（多尔蒂）结构的功放兼有较高的效率（相对于AB 类放大器）和较好线性度（相对于C 类放大器），目前已广泛地应用于无线通信基站当中。但是由于其结构特点，带宽受到限制，无法满足宽带系统的要求。Doherty电路的基本原理是将输入信号的平均部分和峰值部分分开放大，然后合成，从而获得高效率。由于Doherty结构的有源负载牵引特性，使得功放能在一定功率回退的范围内保证较高效率，满足不同峰均比调制信号的放大需求。数字预失真技术与Doherty 功放相结合，可以实现高效率、高线性功放。

随着技术发展，未来移动通信系统需要同时支持不同的标准，这就要求基站发射机终端能够同时处理不同频率的信号，因此多频段工作的功率放大器将得到很大应用。为了实现多频段工作，一些设计功放的方法被提出来。其中有一类功放用并联功放实现多频工作，每个功放调节到单频最佳工作状态，需要时使用开关选择适合的功放处理不同频率的信号。这类功放的设计方法简单，但是成本很高，而且不能同时处理多频信号。另外一类功放使用可重构的负载网络实现多频工作，这类功放的负载网络中包含一些可调节的元件，如微机电系统，可变电容二极管等，通过电压控制这些元件改变负载网络参数，使其在某一频率实现最佳工作状态。这类功放的电压控制比较难，而且不能同时处理多频信号。第三类功放使用多频带通网络实现多频工作，这类功放的设计比较复杂，优点是它能同时处理多频信号。

传统的Doherty功放由一个功分器加一段四分之一波长传输线、一个主功放、一个辅功放、两段延迟线、一段四分之一波长传输线组成，因为这些组成元件只能工作在一个频率下，所以传统Doherty功放只能工作在单一频段上。

目前，基于一些双频结构，一些无源器件能够实现双频同步工作。在一些文章中，一种T型网络被用来实现双频的定向耦合器，这种定向耦合器与传统的定向耦合器结构相同，不同点在于其中的每段四分之一波长的传输线被T型网络代替。这种T型网络包含两段串联传输线和一段置于中间的分支线，分支线可以是短路到地的，也可以是开路的。这种定向耦合器能够实现在任意两个不同频率下，将输入功率等分到两个输出端口并附加90°的相位差。在一些文章中，耦合线被用来实现双频工作的Wilkinson（威尔金森）功分器，耦合线可以是单节的也可以是双节的。耦合线的功能是代替了传统Wilkinson功分器中的四分之一波长的传输线，在两个不同频率下都显示出四分之一波长的相位延迟特性。使用T型网络的特点是其频率比能做很大，缺点是其尺寸比较大，频率比比较大时，其中分支线可能很细（末端开路）或者很粗（末端短路）。耦合线的特点是尺寸比较小，缺点是其频率比范围较小，当参数设定正确后，T型网络或者耦合线都能等效为一段双频的传输线

发明内容

本发明的目的是提供一种基于T型网络和耦合线的双频同步式功放及其设计方法，其特征在于，所述基于T型网络和耦合线的双频同步式功放具有双路或者多路双频Doherty功放，包括两种结构：一种是一个双频主功放和一个双频辅助功放连接至双频双路功分器加90°相位差输出的功分器模块；双频定向耦合器或双频双路功分器加90°相位差输出的功分器模块与输入端连接，双频主功放和双频辅助功放分别与主双频延迟线和辅双频延迟线连接，主双频延迟线与第一段双频四分之一波长传输线连接，第一段双频四分之一波长传输线与辅双频延迟线和第二双频四分之一波长传输线连接在一起，第二段双频四分之一波长传输线连接输出端；双频双路功分器加90°相位差输出的功分器模块连接输入端；另一种是一个双频主功放和第一双频辅助功放至第N双频辅助功放与一个包括双频双路功分器加90°相位差输出的功分器模块连接；双频主功放与主双频延迟线连接，主双频延迟线与第一段双频四分之一波长传输线连接，第一双频辅助功放至第N双频辅助功放对应地与第一双频延迟线至第N双频延迟线连接，然后第一双频延迟线至第N双频延迟线公共节点再与第一段双频四分之一波长传输线和第二段双频四分之一波长传输线连接在一起，第二段双频四分之一波长传输线连接。

所述N为1-20个。