[发明专利]一种集成Doherty放大器及其合路器

说明书

本发明揭示了一种集成Doherty放大器及其合路器，所述合路器包括：一主并联电感，其一端并接于主放大器的输出端；一峰值并联电感，其一端并接于峰值放大器的输出端；一串联电容，串接于所述主放大器的输出端与所述峰值放大器的输出端之间；主并联电感和峰值并联电感被配置用于分别调整主放大器的输出电容和峰值放大器的输出电容，同时与串联电容构成一个阻抗变换器。本发明实现以相对较低的功率使用集成Doherty放大器，同时实现了放大器的高宽带，高效率和小型化。

技术领域

本发明属于Doherty射频功率放大器技术领域，具体涉及一种集成Doherty放大器及其合路器。

背景技术

在图1中给出了一个Doherty放大器的例子。参考图1所示，一个Doherty放大器包含一个主放大器或载波放大器M和一个或多个峰值放大器P。一个Doherty放大器还包含一个Doherty功分器1以及一个Doherty合路器2，Doherty功分器1用于分离被放大的射频信号RF_in，用于主放大器M和峰值放大器P。Doherty合路器2用于在合成节点C合成被主放大器M和峰值放大器P放大的信号。后者节点C通常是通过一个阻抗变换网络连接到负载Z_L。在图1中，阻抗变换网络由一个特征阻抗为Z₂的四分之一波长传输线T₂构成。

图2给出了图1中所展示的Doherty放大器经过粗略估计的等效电路。在该图中，主放大器M由电流源I_m表示，峰值放大器由电流源I_p表示。此外，由传输线T₂和负载Z_L串联得到的组合阻抗将表示为Z_L’。且该Doherty合路器2包含了由特征阻抗为Z₁的四分之一波长传输线T₁构成的阻抗变换器。此外，功分器1相对于馈送入主放大器M的信号，向馈送入峰值放大器P的信号上引入了一个90°的相移，该相移将会反映在I_p的相位上。

在低输入功率的情况下，峰值放大器关闭，只有主放大器可工作。在该信号条件下，偏置处于AB类或A类的主放大器M具有相对较高的阻抗，等于Z₁²/Z_L’，以实现足够高的效率。在高输入功率的情况下，主放大器和峰值放大器都是工作的。在该信号条件下，主放大器M具有相对较低的阻抗。更特别的是，由于I_p是非零的，主放大器M将具有较低的阻抗。另外，从峰值放大器P看得到的阻抗取决于I_m以及传输线T₁的特征阻抗Z₁。

在图1所示的Doherty放大器中，传输线T₁被用来实现所需的阻抗变换。在集成Doherty放大器的情况中，传输线T₁被一个等效集总电路代替，其类似于在放大器工作带宽内的某一指定频率的四分之一波长传输线。此外，在集成Doherty放大器中，用于主放大器M和峰值放大器P的晶体管通常在同一半导体芯片上实现。

近来，集成Doherty放大器已被用于实现具有中等输出功率的放大器，如10-50W，频率为2-3GHz。然而，在未来如MIMO系统中微站，微微站，毫微站等应用中，在更高的频率如3.5GHz处需要一个更小的功率，如2W。当所需要的输出功率降低时，晶体管的尺寸同样也需要降低以获得合适的效率。另外，呈现给晶体管的最佳阻抗将会上升。比如，为了使用28VLDMOS晶体管获得一个2W的输出功率，应当采用处于低输入功率时的高阻最佳阻抗Z_{low_m}，大约为500欧，同时，由于集成Doherty放大器的不对称性，在高输入功率情况下，峰值放大器P输出端应呈现处很低的阻抗。通常Z_{high_p}大约为100欧左右，该值限制了Z₂能够使用的值。因此，与Z_L相比，Z_L’不会有很大的不同，Z_L’可以通过下式进行计算：