線性化Doherty功率放大器的研究

摘要 闡述了線性化功率放大器的發(fā)展過(guò)程。利用ADS進(jìn)行Doherty功放的仿真分析，設(shè)計(jì)了一種多個(gè)放大器并聯(lián)的Doherty功放電路，并與經(jīng)典的Doherty功放比較效率的高低、研究結(jié)果表明，此多級(jí)并聯(lián)Doherty功放電路比傳統(tǒng)功率放大器效率要高，并且有電路簡(jiǎn)單、成本低、工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞 線性化功率放大器；Doherty功率放大器；效率

    線性化技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)出現(xiàn)了各種線性化技術(shù)相互融合的趨勢(shì)。如前饋技術(shù)的載波消除環(huán)路中就會(huì)涉及到預(yù)失真技術(shù)，而預(yù)失真技術(shù)中也加入了反饋技術(shù)的理念。線性化技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)也緊密結(jié)合起來(lái)。預(yù)失真線性化法是在功放前加入預(yù)失真器和功放元件級(jí)聯(lián)，非線性失真功能內(nèi)置于數(shù)字、數(shù)碼基帶信號(hào)處理域中，使其與功放展示的失真數(shù)量相當(dāng)，但功能效果卻相反，進(jìn)而抵消功放的非線性，使功放呈線性特性的方法。將這兩個(gè)非線性失真功能相結(jié)合，便可以實(shí)現(xiàn)高度線性、無(wú)失真的系統(tǒng)。(1)預(yù)失真法由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線性化好、對(duì)輸出功率影響小等特點(diǎn)而被廣泛采用。根據(jù)預(yù)失真器在發(fā)射機(jī)中的位置不同，可分為射頻預(yù)失真技術(shù)、中頻預(yù)失真技術(shù)和基帶預(yù)失真技術(shù)。根據(jù)預(yù)失真器處理信號(hào)的形式不同，可分為模擬預(yù)失真技術(shù)和數(shù)字預(yù)失真技術(shù)。(2)隨著高速DSP技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)PGA的應(yīng)用越來(lái)越成熟，自適應(yīng)的思想被逐步引入到線性化技術(shù)中，相應(yīng)出現(xiàn)了自適應(yīng)前饋技術(shù)、自適應(yīng)預(yù)失真技術(shù)等，這些技術(shù)的發(fā)展，使得線性功放的線性度得到了較大提升。(3)與此同時(shí)，Doherty功放技術(shù)的普遍發(fā)展，使得功放線性度和效率同時(shí)滿足現(xiàn)代無(wú)線通信應(yīng)用的前景更為廣闊。

1 Doherty功率放大器
    Doherty功率放大器技術(shù)指標(biāo)如下：頻率范圍2．05 GHz≤f≤2．1 GHz；功率電平P1≥40 dBm；輸出功率10 W，PAE≥30％；增益≥9 dB；三階交調(diào)≤-36 dB；ACPR≤-38 dB；帶內(nèi)平坦度≤1 dB。對(duì)比方案為功率回退法。
    功率管采用CREE公司的SiC24010(MESFET)；基板為Roges4350；頻率范圍為1．9～2．7 GHZ；P1=40 dBm；Gain=14 dB；Bias：Vd=48 V，Idq=0．4 A，Vg=-7 V。

    源牽引結(jié)果如圖3所示。通過(guò)源牽引和負(fù)載的牽引迭代，可得出源阻抗為3．85+j6．66 Ω。

    負(fù)載牽引結(jié)果如圖4所示。

    通過(guò)源牽引和負(fù)載的牽引迭代，可得出負(fù)載阻抗為12．54+j15 Ω。輸入匹配電路如圖5所示。輸出匹配電路如圖7所示。

2 多級(jí)Doherty并聯(lián)的電路
    多級(jí)Doherty并聯(lián)的電路功率管及基板選擇：功率管為CREE公司的SiC24010(MESFET)；基板為Roges4350；頻率范圍1．9～2．7 GHz；P1=40 dBm；Gain=14 dB；Bias：Vd=48 V，Idq=0．4 A，Vg=-7 V。電路形式選擇如圖10所示。

    圖10為多級(jí)Doherty功率放大器結(jié)構(gòu)框圖。使用了多個(gè)峰值放大器，并使用四分之一波長(zhǎng)延遲線來(lái)合成其輸出功率。Doherty功放在峰值放大器工作后至峰值輸出功率點(diǎn)之間效率有較大的下跌。采用多個(gè)放大器并聯(lián)形式的Doherty功放可以解決此問(wèn)題，與經(jīng)典的Doherty功放相比，在功率回退時(shí)保持效率沒(méi)有大的降低。Doherty功放效率如圖11所示。

    圖11所示為多級(jí)Doherty功放，分別為兩個(gè)，3個(gè)，4個(gè)的集電極效率，他們的移點(diǎn)分別為-6 dB，-12 dB，-18 dB功率回退點(diǎn)。從圖中可以看出，多級(jí)Doherty并聯(lián)功放方案的與傳統(tǒng)Doherty功放相比，在回退電平和峰值之間的效率較高，在所有回退輸出功率電平下，比傳統(tǒng)的AB類功率放大器也有高得多的效率。

3 結(jié)束語(yǔ)
    從上述分析中可以看出，多級(jí)Doherty并聯(lián)功放與之前的功率放大器效率增強(qiáng)技術(shù)相比，有著實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)便，不必采用復(fù)雜包絡(luò)跟蹤和相位合成技術(shù)，同時(shí)可以將預(yù)失真、前饋等技術(shù)等結(jié)合起來(lái)提高其線性度。而其他幾種技術(shù)由于涉及到包絡(luò)跟蹤和相位合成等問(wèn)題，若要提高其線性度，利用預(yù)失真，前饋等技術(shù)會(huì)使方案變得非常復(fù)雜，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。