Doherty功率放大器設(shè)計技術(shù)研究.pdf

1、無線通信系統(tǒng)中的功率放大器是非常重要的單元，該模塊的輸出功率直接影響發(fā)射機(jī)輻射的范圍，線性程度影響對臨近信道的干擾幅度。功率放大器在發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中是最為耗能的單元，它的效率直接影響該系統(tǒng)的總體效率。該指標(biāo)在基站這種高耗能應(yīng)用時尤為重視。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，尤其到了現(xiàn)在4G技術(shù)的出現(xiàn)，使得越來越復(fù)雜的調(diào)制技術(shù)被提出來，這些調(diào)制技術(shù)直接導(dǎo)致了信號的高峰均比，對于傳統(tǒng)功率放大器來講，為獲得較好的線性度的要求，必須處于大的功率回退狀態(tài)下工作，

2、這導(dǎo)致了非常低的效率，為了實現(xiàn)回退情況下的效率提高并滿足線性度的要求，選擇Doherty結(jié)構(gòu)的功率放大器。本論文主要研究該種結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。
　　論文首先介紹了射頻功率放大器的分類和性能指標(biāo)，概括了幾種比較成熟的線性化技術(shù)和效率提升技術(shù)。隨后，我們介紹了功率放大器的記憶效應(yīng)和影響記憶效應(yīng)的關(guān)鍵性參數(shù)視頻帶寬（VBW），從傳統(tǒng)的幅度失真和相位失真出發(fā)，用簡單的功率放大器的模型來解釋三階交調(diào)的非對稱性。著重介紹了Doherty功率放大

3、器的基本原理，并簡要的介紹了多級Doherty功率放大器結(jié)構(gòu)。
　　結(jié)合功率放大器的相關(guān)理論，論文采用Freescale公司的LDMOS功率管，通過對偏置電路、輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，在仿真層面上實現(xiàn)了驅(qū)動級、功分器和功率級Doherty功率放大器的設(shè)計。依據(jù)功率放大器的應(yīng)用目的，確定相應(yīng)的指標(biāo)，結(jié)合功率放大器的相關(guān)理論，選擇合適的功率管用來設(shè)計電路。驅(qū)動級采用集成兩級放大的功率管，功率級采用Doherty結(jié)構(gòu)提高效率。根據(jù)Fr

4、eescale公司提供的功率管模型和Agilent公司的ADS仿真軟件，考慮到功率放大器的記憶效應(yīng)和對射頻信號的抑制作用，設(shè)計出偏置網(wǎng)絡(luò)。在滿足輸入匹配的最大增益匹配和輸出匹配的最大輸出功率匹配前提下同時考慮到功率管的尺寸、面積因素和可實現(xiàn)性，設(shè)計相應(yīng)的輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。同時設(shè)計了一個在PCB板上實現(xiàn)的Wilkinson功分器，用來連接驅(qū)動級的單路輸出和功率級的兩路輸入。介紹了Doherty功率放大器的補償線的調(diào)試方法和兩路合路時的調(diào)

5、試辦法。
　　仿真設(shè)計完成后，對所設(shè)計的功率放大器實現(xiàn)并測試、調(diào)試等，通過調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)和偏置網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了一個應(yīng)用于基站的Doherty功率放大器。設(shè)計實現(xiàn)了一個驅(qū)動級功率放大器，在滿足基站線性要求的前提下最大輸出功率為4W。根據(jù)設(shè)計的方法和步驟，調(diào)節(jié)功率級Doherty結(jié)構(gòu)功率放大器中的補償線，在保證功率輸出的情況下，調(diào)試使得功率回退的時候效率盡可能的高。最終的Doherty功率放大器測試結(jié)果為：在2.14GHz處，P-3dB壓縮

6、點為52.4dBm，在P-3dB壓縮點處增益為9.7dB，此時效率為49.7％；在輸出功率小于48dBm時候，其IMD3小于-30dBc；在輸出功率為41dBm時，頻偏為5MHz的ACPR值為-44.5dBc。在功率回退6dB也就是47dBm的時候，在連續(xù)波信號測試的情況下，Doherty功放的效率為43%，比平衡式的要高16%；Doherty功放的IMD3相比如功率級單管并沒有惡化，相反在輸出功率為38dBm時，由于兩路IMD3的相互