线性化Doherty功率放大器的研究

摘要 阐述了线性化功率放大器的发展过程。利用ADS进行Doherty功放的仿真分析，设计了一种多个放大器并联的Doherty功放电路，并与经典的Doherty功放比较效率的高低、研究结果表明，此多级并联Doherty功放电路比传统功率放大器效率要高，并且有电路简单、成本低、工作稳定等优点。
关键词 线性化功率放大器；Doherty功率放大器；效率

    线性化技术发展到现在，已经出现了各种线性化技术相互融合的趋势。如前馈技术的载波消除环路中就会涉及到预失真技术，而预失真技术中也加入了反馈技术的理念。线性化技术和数字信号处理技术也紧密结合起来。预失真线性化法是在功放前加入预失真器和功放元件级联，非线性失真功能内置于数字、数码基带信号处理域中，使其与功放展示的失真数量相当，但功能效果却相反，进而抵消功放的非线性，使功放呈线性特性的方法。将这两个非线性失真功能相结合，便可以实现高度线性、无失真的系统。(1)预失真法由于结构简单、线性化好、对输出功率影响小等特点而被广泛采用。根据预失真器在发射机中的位置不同，可分为射频预失真技术、中频预失真技术和基带预失真技术。根据预失真器处理信号的形式不同，可分为模拟预失真技术和数字预失真技术。(2)随着高速DSP技术的发展，FPGA的应用越来越成熟，自适应的思想被逐步引入到线性化技术中，相应出现了自适应前馈技术、自适应预失真技术等，这些技术的发展，使得线性功放的线性度得到了较大提升。(3)与此同时，Doherty功放技术的普遍发展，使得功放线性度和效率同时满足现代无线通信应用的前景更为广阔。

1 Doherty功率放大器
    Doherty功率放大器技术指标如下：频率范围2．05 GHz≤f≤2．1 GHz；功率电平P1≥40 dBm；输出功率10 W，PAE≥30％；增益≥9 dB；三阶交调≤-36 dB；ACPR≤-38 dB；带内平坦度≤1 dB。对比方案为功率回退法。
    功率管采用CREE公司的SiC24010(MESFET)；基板为Roges4350；频率范围为1．9～2．7 GHZ；P1=40 dBm；Gain=14 dB；Bias：Vd=48 V，Idq=0．4 A，Vg=-7 V。

    源牵引结果如图3所示。通过源牵引和负载的牵引迭代，可得出源阻抗为3．85+j6．66 Ω。

    负载牵引结果如图4所示。

    通过源牵引和负载的牵引迭代，可得出负载阻抗为12．54+j15 Ω。输入匹配电路如图5所示。输出匹配电路如图7所示。

2 多级Doherty并联的电路
    多级Doherty并联的电路功率管及基板选择：功率管为CREE公司的SiC24010(MESFET)；基板为Roges4350；频率范围1．9～2．7 GHz；P1=40 dBm；Gain=14 dB；Bias：Vd=48 V，Idq=0．4 A，Vg=-7 V。电路形式选择如图10所示。

    图10为多级Doherty功率放大器结构框图。使用了多个峰值放大器，并使用四分之一波长延迟线来合成其输出功率。Doherty功放在峰值放大器工作后至峰值输出功率点之间效率有较大的下跌。采用多个放大器并联形式的Doherty功放可以解决此问题，与经典的Doherty功放相比，在功率回退时保持效率没有大的降低。Doherty功放效率如图11所示。

    图11所示为多级Doherty功放，分别为两个，3个，4个的集电极效率，他们的移点分别为-6 dB，-12 dB，-18 dB功率回退点。从图中可以看出，多级Doherty并联功放方案的与传统Doherty功放相比，在回退电平和峰值之间的效率较高，在所有回退输出功率电平下，比传统的AB类功率放大器也有高得多的效率。

3 结束语
    从上述分析中可以看出，多级Doherty并联功放与之前的功率放大器效率增强技术相比，有着实现方式简便，不必采用复杂包络跟踪和相位合成技术，同时可以将预失真、前馈等技术等结合起来提高其线性度。而其他几种技术由于涉及到包络跟踪和相位合成等问题，若要提高其线性度，利用预失真，前馈等技术会使方案变得非常复杂，从而降低整个系统的可靠性。