具体实施方式

本实施例中，Doherty功率放大器的电路结构如图1所示，其包括特定相位耦合器、主放大器、辅助放大器和后匹配网络。其中，耦合器包括输入端、隔离端、第一输出端和第二输出端，耦合器的输入端用于接收待放大的信号，隔离端通过端接50欧姆负载接地。根据电流结合点处相位失配的情况，耦合器的第一输出端与所述第二输出端之间的相位差随工作频率呈现出特定的相位特性。另外，耦合器可以按照预设的或现场设定的功率分配比，将接收到的待放大的信号功率分配至第一输出端和第二输出端，使得连接在第二输出端的主放大器和连接在第一输出端的辅助放大器能够接收到相应功率的信号。

本实施例中，主放大器工作在AB类工作状态，辅助放大器工作在C类工作状态，在回退点之前只由主放大器起到信号放大作用，在回退区域辅助放大器逐渐开启并通过负载调制使主放大器保持饱和，可以实现较高的回退区效率。

本实施例中，后匹配网络的其中一个输入端与主放大器的输出端连接，后匹配网络的另一个输入端与辅助放大器的输出端连接，后匹配网络结合负载调制网络可以拓宽Doherty功率放大器的回退范围。

本实施例中，所使用的特定相位耦合器具有这样的相位特性：第一输出端与第二输出端之间的相位差随耦合器的工作频率的变化而近似线性变化。具体地，耦合器的工作频率可以是指输入至耦合器的待放大信号的频率，例如，耦合器的第一输出端与第二输出端之间的电流相位差，与输入至耦合器的待放大信号的频率呈近似一次函数关系，该一次函数表示在相位差-频率坐标系中时具有一定的斜率而非水平或垂直的曲线。

本实施例中，由于所使用的特定相位耦合器具有上述相位特性，耦合器向主放大器输出的电流经过主放大器后经过相移，耦合器向辅助放大器输出的电流经过辅助放大器后经过相移，两路电流在后匹配网络的电流结合点处具有相同的相位，因此能够避免或缓解主放大器和辅助放大器的相位失配问题，从而避免或缓解因相位失配导致的Doherty功率放大器在带宽、回退范围和效率方面的性能下降的问题。

本实施例中，设计具有图2所示结构的耦合器，以实现上述相位特性，即耦合器的第一输出端与第二输出端之间的电流相位差，与输入至耦合器的待放大信号的频率呈近似一次函数关系。具体地，耦合器包括第一微带传输线、第二微带传输线、第三微带传输线、第四微带传输线、第五微带传输线、第六微带传输线、第七微带传输线和第八微带传输线，这八个微带传输线依序串联成环状，其中，第一微带传输线和第八微带传输线的连接点为耦合器的输入端，第六微带传输线和第七微带传输线的连接点为耦合器的第一输出端，第二微带传输线和第三微带传输线的连接点为耦合器的第二输出端，第四微带传输线和第五微带传输线的连接点为耦合器的隔离端。

本实施例中，第一微带传输线、第二微带传输线、第五微带传输线和第六微带传输线均具有第一特征阻抗Z_s1和第一电长度θ_s1，第三微带传输线和第四微带传输线均具有第二特征阻抗Z_s3和第二电长度θ_s3，第七微带传输线具有第三特征阻抗Z_ss2和和第三电长度θ_ss2，第八微带传输线具有第四特征阻抗Z_s2和第四电长度θ_s2，即第一特征阻抗、第二特征阻抗、第三特征阻抗和第四特征阻抗互不相同，第一电长度、第二电长度、第三电长度和第四电长度互不相同。

本实施例中，主放大器的具体拓扑结构如图1所示，其包括依次连接的主输入匹配网络、主栅极偏置稳定网络、主放大芯片和负载调制网络，主输入匹配网络的输入端作为主放大器的输入端，负载调制网络的输出端作为主放大器的输出端。

本实施例中，辅助放大器的具体拓扑结构如图1所示，其包括依次连接的辅助输入匹配网络、辅助栅极偏置稳定网络、辅助放大芯片和输出匹配网络，辅助输入匹配网络的输入端作为辅助放大器的输入端，输出匹配网络的输出端作为辅助放大器的输出端。

本实施例中，主放大芯片和辅助放大芯片均为型号为CREE CG2H40010F的功放芯片，其漏极偏置电压均为28V，其中主放大芯片的栅极偏置电压为-2.915V，使得主放大芯片的静态电流为100mA，辅助放大芯片的栅极偏置电压设置在使辅助放大芯片工作在C类工作状态的水平。

本实施例中，以微带工艺制造Doherty功率放大器。参照图3，在介质基板的第一表面上制作微带电路单元，其中微带电路单元是指以微带工艺的特定相位耦合器、主放大器、辅助放大器和后匹配网络。所使用的介质基板的厚度为0.813mm，介质基板的材质为RogersRO4003C材料，其介电常数为3.38。在介质基板的第二表面设有金属地层，耦合器、主放大器、辅助放大器和/或后匹配网络的接地端穿过介质基板连接至金属地层进行接地。本实施例中，介质基板通过螺丝安装在金属散热器上，介质基板的第二表面面向金属散热器。

本实施例中，从介质基板的第一表面看过去的Doherty功率放大器电路结构如图4所示。图4中，黑色部分表示覆铜或者微带结构，以虚线框标示出各部分对应的电路结构。其中，401表示特定相位耦合器、402表示主输入匹配网络、403表示主栅极偏置稳定网络、404表示主放大芯片、405表示负载调制网络、406表示辅助输入匹配网络、407表示辅助栅极偏置稳定网络、408表示辅助放大芯片、409表示输出匹配网络、410表示后匹配网络、411表示信号屏蔽单元。其中，402、403、404、405为主放大器的四个组成部分，406、407、408、409为辅助放大器的四个组成部分，耦合器401的第一输出端和第二输出端分别与辅助放大器和主放大器的输入端连接。主放大器和辅助放大器的输出端通过后匹配网络410的两个输入端口连接，此处为主放大器和辅助放大器的电流结合点。另外，信号屏蔽单元411为在其他微带电路外围的铺铜，并通过金属化过孔与金属地层连接，信号屏蔽单元可以提高信号屏蔽性能与热传导性能。

本实施例中，参照图4，主输入匹配网络402还包括隔直电容C₁与多节匹配微带线，主输入匹配网络402通过隔直电容C₁与特定相位耦合器401连接，通过稳定电阻R₂和电容C₃与主栅极偏置稳定网络403连接。主栅极偏置稳定网络403中的栅极偏置部分由一段四分之一波长传输线、若干个去耦电容以及电源线焊盘构成，主栅极偏置稳定网络403中的稳定网络部分则由稳定电阻R₂、R₃，并联的稳定电容C₃以及主放大芯片栅极焊盘构成。主放大芯片404将主栅极偏置稳定网络403与负载调制网络405连接，负载调制网络405包含了多枝节阻抗匹配结构与漏极偏置电路，其中负载调制网络405的漏极偏置部分由一段四分之一波长传输线、若干个去耦电容以及电源线焊盘构成，输出隔直电容C₄将负载调制网络405连接至后匹配网络410。

本实施例中，参照图4，辅助输入匹配网络406包括隔直电容C₂与多节匹配微带线，辅助输入匹配网络406通过隔直电容C₂与特定相位特性耦合器连接，辅助输入匹配网络406通过稳定电阻R₄和电容C₅与辅助栅极偏置稳定网络407连接。辅助栅极偏置稳定网络407的栅极偏置部分由一段四分之一波长传输线、若干个去耦电容以及电源线焊盘构成，辅助栅极偏置稳定网络407的稳定网络部分则由稳定电阻R₄、R₅，并联的稳定电容C₅以及辅助放大芯片栅极焊盘构成。辅助放大芯片408将辅助栅极偏置稳定网络407与输出匹配网络409连接，输出匹配网络409包含了多枝节阻抗匹配结构与漏极偏置电路，输出匹配网络409的漏极偏置部分由一段四分之一波长传输线、若干个去耦电容以及电源线焊盘构成，输出隔直电容C₆将输出匹配网络409连接至后匹配网络410。

本实施例中，所使用的电子元件的参数具体可以是：C₁＝C₄＝C₆＝100pF，C₂＝47pF，C₃＝5pF，C₅＝6.8pF，R₁＝50Ω，R₂＝R₄＝100Ω，R₃＝R₅＝43Ω，去耦电容为若干个容值从10uF到100pF的电容组合。

本实施例中，图4中各微带结构的长度和宽度等参数以L₁和W₁等符号表示，其一种可行的具体取值方案为：L₁＝25.9mm，L₂＝39.1mm，L₃＝27.9mm，L₄＝11.1mm，L₅＝10.2mm，L₆＝39.2mm，L₇＝10.5mm，L₈＝4.4mm，L₉＝2mm，L₁₁＝1.5mm，L₁₂＝L₁₄＝L₁₆＝3.6mm，L₁₃＝4mm，L₁₅＝14mm，L₁₇＝4mm，L₁₈＝1.6mm，L₁₉＝9.4mm，L₂₀＝2mm，L₂₁＝5.5mm，L₂₂＝5.1mm，L₂₃＝1mm，L₂₄＝2.6mm，L₂₅＝L₂₇＝L₂₉＝4mm，L₂₆＝3.6mm，L₂₈＝13.9mm，L₃₀＝4mm，L₃₁＝2mm，L₃₂＝9.3mm，L₃₃＝6.7mm，L₃₄＝2.8mm，L₃₅＝3.2mm，L₃₆＝9.1mm，L₃₇＝3mm，L₃₈＝9.6mm，L₃₉＝2.5mm，L₄₀＝5.5mm，W₁＝1.8mm，W₂＝1.4mm，W₃＝0.2mm，W₄＝1.2mm，W₅＝1.8mm，W₆＝1.4mm，W₇＝W₈＝W₉＝1.8mm，W₁₀＝1.2mm，W₁₁＝W₁₃＝W₁₅＝1mm，W₁₂＝10.2mm，W₁₄＝7.8mm，W₁₆＝5.8mm，W₁₇＝7.2mm，W₁₈＝1.2mm，W₁₉＝W₂₁＝W₂₃＝3mm，W₂₄＝W₂₆＝W₂₈＝0.8mm，W₂₅＝10mm，W₂₇＝7.4mm，W₂₉＝5.4mm，W₃₀＝7.2mm，W₃₁＝1.6mm，W₃₂＝W₃₄＝1.2mm，W₃₆＝W₃₇＝W₃₉＝1.8mm，D₁₀＝0.8mm。

本实施例中，所使用的金属散热器与介质基板第二表面接触的一面如图5所示。金属散热器为铝型材散热器，其上表面采取矩形挖槽501和M2螺丝孔502、M3螺丝孔503挖孔处理。其中，矩形挖槽501用于连接主放大芯片的源极和辅助放大芯片的源极，螺丝孔502、503用于与介质基板的连接和固定。

在上述条件下对本实施例中的特定相位耦合器和Doherty功率放大器进行仿真和实测，结果如图6-图11所示。

图6为本实施例中特定相位耦合器单独仿真与实测的幅频响应结果对比图，参照图6，耦合器幅频响应结果的仿真与实测曲线吻合度较高，在目标频带3.1-3.7GHz内，其回波损耗S11较小，同时实现了耦合器的第一输出端和第二输出端的输出相等功率分配。

图7为本实施例中特定相位耦合器单独仿真与实测的相频响应结果对比图，参照图7，耦合器的第一输出端和第二输出端之间的相位差与输入至耦合器的待放大信号的频率之间满足近似线性关系，其所形成的曲线为一条具有斜率的直线，直线的斜率在仿真与实测情况下较为吻合，图7中总体相位差出现了4°左右的偏移，该偏移可以通过实际功率放大器的调整补偿，即该耦合器在目标频率范围内实现了特定的相位特性。

图8为本实施例中的Doherty功率放大器的效率随输出功率变化的实测结果图，图9为本实施例中的Doherty功率放大器的增益、饱和功率及效率随频率变化的实测结果图，参照图8和图9，Doherty功率放大器工作带宽为3.1-3.7GHz，相应分频带宽为17.6％。在该工作频段内，Doherty功率放大器具有9dB的回退宽度，其饱和输出功率范围为43.4-44.6dBm，饱和点处的漏极效率61％-74％，9-dB回退点处的漏极效率为40％-43％。另外，Doherty功率放大器具有8.6-10.7dB的小信号增益。

图10为本实施例中的Doherty功率放大器在LTE调制信号测试下回退点的相邻信道泄露比与效率随频率变化的实测结果图，参照图10，采用载波宽度为20MHz、信号峰均比为9dB的LTE调制信号进行测试，在目标工作带宽内，Doherty功率放大器在回退点处的漏极效率高于40％，相邻信道泄露比均低于-25.2dBc。

图11为本实施例中的Doherty功率放大器在5G NR调制信号测试下回退点的相邻信道泄露比与效率随频率变化的实测结果图，参照图11，采用载波宽度为100MHz、信号峰均比为9dB的5G NR调制信号进行测试，在目标工作带宽内，Doherty功率放大器在回退点处的漏极效率高于38.5％，相邻信道泄露比均低于-25.7dBc。

通过图6-图11所示的仿真结果和实测结果，可以得出结论：实施例中的Doherty功率放大器能够避免或缓解主放大器和辅助放大器的相位失配问题，从而避免或缓解因相位失配导致的Doherty功率放大器在带宽、回退范围和效率方面的性能下降的问题。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本公开中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本公开各组成部分的相互位置关系来说的。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本实施例所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本实施例说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本实施例所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。本实施例所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本发明的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本发明的范围施加限制。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本实施例描述的过程的操作，除非本实施例另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本实施例描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本实施例所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。

计算机程序能够应用于输入数据以执行本实施例所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。