一種新型倒置doherty設(shè)計(jì)

一 引言

現(xiàn)代通訊系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)功放的線性和效率提出了越來(lái)越高的要求，而功放的線性度和效率始終是相互矛盾的，為了盡量平衡他們之間的矛盾，中國(guó)電子器材深圳有限公司的射頻技術(shù)團(tuán)隊(duì)提出了一種新型倒置doherty技術(shù)，比較好的解決了這樣一個(gè)矛盾。

二 傳統(tǒng)Doherty放大器及新型倒置doherty原理分析

圖1：傳統(tǒng)二路Doherty放大器原理框圖

傳統(tǒng)doherty結(jié)構(gòu)如圖1所示，由主管（載波放大器），輔管（峰值放大器），90度電橋，補(bǔ)償線L1、L2、L3、L4，輸出合路部分組成。小信號(hào)峰值放大器Z3的阻抗理想開路，載波放大器在合路部分的阻抗?fàn)恳筞1=100歐姆，同時(shí)也使得功放漏級(jí)電阻減小一半，減小后的漏級(jí)電阻使得峰值電壓減半，飽和電流不變，doherty出現(xiàn)第一個(gè)峰值，大信號(hào)載波放大器和峰值放大器都以最佳的阻抗匹配輸出，doherty達(dá)到第二次峰值效率及最大輸出功率。

圖2：新型倒置二路Doherty放大器原理框圖

新型倒置doherty跟傳統(tǒng)經(jīng)典doherty相比有以下幾個(gè)不同之處，（1）新型倒置doherty輸出端的四分之一波長(zhǎng)線在輔管后面，而傳統(tǒng)經(jīng)典doherty輸出端的四分之一波長(zhǎng)線是在主管后面，所以命名為新型倒置doherty；（2）新型二路倒置doherty的主管按Z=100歐姆設(shè)計(jì)，輔管按Z=72.25歐姆設(shè)計(jì)；（3）輔管后面用了四分之一波長(zhǎng)的特性阻抗為85歐姆的高阻抗線；（4）主管和輔管合路后已經(jīng)是50歐姆了，所以不需要通過(guò)阻抗變換了。下面從它的工作過(guò)程也可以分為三個(gè)階段：（1）當(dāng)輸入信號(hào)較小RFin<0.5Pmax，由于輔放后面的輸出端四分之一波長(zhǎng)85歐姆的高阻抗線，輔管管的阻抗Zpeak1視為理想無(wú)窮大，Z2=50歐姆，Zmain按100歐姆設(shè)計(jì)，主管往負(fù)載看進(jìn)去的阻抗為50歐姆，同時(shí)也使得功放漏級(jí)電阻增加一倍，增加后的漏級(jí)電阻使得輸出電壓達(dá)到峰值電壓時(shí)，輸出電流卻只有峰值電流的一半。因此，doherty達(dá)到第一個(gè)峰值效率時(shí)的輸出功率相對(duì)于滿功率輸出功率而言，回退了6dB。（2）當(dāng)輸入信號(hào)0.5Pmax≤RFin< Pmax，，主管輸出電壓達(dá)到飽和，適當(dāng)?shù)钠檬沟幂o管開始工作。隨著輸入功率的增加，輔管輸出電流增加。由有源負(fù)載牽引技術(shù)可知，Zmain的共軛阻抗開始由50歐姆往100歐姆變化，Zpeak的共軛阻抗開始由理想無(wú)窮大往72.25歐姆變化。這使得主管輸出電壓基本保持不變，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)飽和，同時(shí)主管輸出電流繼續(xù)增加，主管效率保持最大值。由于從放大器工作電流未達(dá)到最大，故doherty效率有所下降，但是依然維持在較高水平。（3）當(dāng)輸入信號(hào)RFin= Pmax，Zmain的共軛阻抗變?yōu)?00歐姆，Zpeak的共軛阻抗變?yōu)?2.25歐姆，合路處的往阻抗為Zmain=100歐姆并聯(lián)Zpeak=85*85/72.25=100歐姆即等于50歐姆，和Z2=50歐姆阻抗匹配，主管和輔管都以最佳匹配阻抗形式達(dá)到飽和輸出，此時(shí)doherty達(dá)到最大功率輸出，doherty效率也達(dá)到最大效率值，即第二個(gè)峰值效率。通過(guò)以上分析可知新型倒置doherty跟傳統(tǒng)經(jīng)典doherty相比有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：（1）負(fù)載調(diào)制效果明顯（新型倒置doherty漏級(jí)電阻是增加一倍而傳統(tǒng)dohert漏級(jí)電阻是減小一倍）；（2）減小PCB面積節(jié)省成本（新型倒置doherty不需要35歐姆1/4波長(zhǎng)線，新型倒置doherty功放阻抗都大于50歐姆，設(shè)計(jì)匹配靈活，一般單階匹配就可以完成）。

三 新型Doherty電路設(shè)計(jì)

圖3：新型倒置Doherty原理仿真圖

基于ADS軟件平臺(tái)，選用飛思卡爾MRF8S21140H器件模型進(jìn)行倒置doherty原理圖仿真。整個(gè)倒置doherty的關(guān)鍵在于輸出匹配的設(shè)計(jì)，它不僅要完成阻抗匹配，還要同時(shí)滿足輸出補(bǔ)償線的功能，并且在小信號(hào)的時(shí)候能夠達(dá)到漏極電阻增倍的目的。

四 仿真結(jié)果

圖4：新型倒置Doherty仿真數(shù)據(jù)

圖4是載波和峰值放大器的漏極偏置電壓都取28V，主放大器柵極電壓取2.7V（靜態(tài)電流1.1A），峰放大器柵極電壓取1.7V，仿真數(shù)據(jù)。由圖可見，新型倒置doherty電路，在輸出45.33dbm（即P-3=55.7dBm回退10.4dB）時(shí)可以獲得較高的效率（32.756%），doherty輸出電流等于3.623A；AM-AM測(cè)試可以得到P-1=53.6,dbm, P-3=55.7dbm，小功率輸出到飽和功率曲線比較平緩；AM-PM測(cè)試可以得到在小信號(hào)輸出的相位為-0.261度，在輸出功率53.894dbm時(shí)輸出相位為-3.351度，在輸出功率55.708dbm時(shí)相位為-2.791度，從整個(gè)AM-PM發(fā)現(xiàn)相位失真小于3度且曲線也十分平滑，從仿真數(shù)據(jù)可以得到倒置doherty相對(duì)傳統(tǒng)doherty具有更好的線性指標(biāo)，并且效率能滿足32.756%（回退10DB下）。

五 結(jié)論

W-CDMA作為第三代無(wú)線通信主流標(biāo)準(zhǔn)之一，其信號(hào)的峰均比可達(dá)10dB。目前直放站廠家的WCDMA功放基本都是采用經(jīng)典doherty配合scintear公司的模擬預(yù)失真芯片SC1887來(lái)達(dá)到滿足頻譜模板的目的，SC1887屬于模擬預(yù)失真芯片線性糾正能力有限，如果doherty本身的AM-AM,AM-PM曲線不是很理想的話，它的線性糾正的能力就會(huì)大幅度降低，針對(duì)這種情況，本文仿真設(shè)計(jì)出一種新型倒置doherty。相比傳統(tǒng)經(jīng)典doherty，它可以獲得更好的AM-AM,AM-PM線性指標(biāo)，如果SC1887配合這種新型倒置doherty ，ACPR指標(biāo)將會(huì)有更大的改善。