基于ADS平台不对称Doherty功率放大器的仿真设计

为在高线性的前提下提高WCDMA基站系统中功率放大器的效率,仿真设计了一款工作于2.14 GHz频段不对称功率驱动的Doherty功率放大器。基于ADS平台,采用MRF6S21140H LDMOS晶体管,通过优化载波放大器和峰值放大器的栅极偏置电压改善三阶互调失真(IMD3),同时通过调节输入功率分配比例改善由于峰值放大器对载波放大器牵引不足导致的失配问题,从而改善不对称Doherty功率放大器的输出性能。仿真结果表明,当载波放大器的栅极偏置电压为2.84 V,峰值放大器的栅极偏置电压为0.85 V并且输入功率比例为1:2.3,输出功率为44 dBm时其功率附加效率(PAE)为24.21%,IMD3为-44.46 dBc,和传统AB类平衡功率放大器相比PAE提高了8.58%,IMD3改善了6.98 dBc。

基于谐波控制的Doherty功率放大器设计

功率放大器是无线通信里面重要的射频前端电路。为满足现代无线通信对功率放大器高效率的要求,首先基于谐波控制理论分析,设计了一种新型谐波控制电路,此新型谐波控制电路可对功率管产生的封装寄生参数进行补偿,也可对二次谐波、三次谐波进行谐波控制,提高了Doherty功率放大器效率。随后,针对传统Doherty功率放大器限制带宽的问题,提出了采用后匹配结构的方式设计Doherty功率放大器,提高了Doherty功率放大器的带宽。最后,采用Cree公司的CGH40010F GaN HEMT设计一款Doherty功率放大器并进行测试。在1.85~2.15 GHz工作频带内,Doherty功率放大器输出功率可达到44.3~44.8 dBm,增益为12~15 dB,输出漏极效率(DE)大于75%,6 dB回退效率大于60%。结果表明,提出的Doherty功率放大器在效率方面具有显著优势。

一种非对称Doherty功率放大器设计

针对传统Doherty功率放大器功率回退范围小、有源牵引不足的缺陷,在传统Doherty基础上进行改进,采用不同峰值输出功率功放管的非对称Doherty结构,并结合多谐波双向牵引技术,设计了应用于LTE-TDD基站的功率放大器。ADS仿真结果显示,在峰值输出功率回退10dB处,3阶互调(IMD3)为-26dBc,功率附加效率(PAE)达到47.6%,与AB类平衡功放相比,提高近30%,在保证线性度的同时,实现了高功率回退范围内的高效率;S11和S22小于-11dB,增益约为16dB,且1dB压缩点向3dB压缩点过渡较为平滑,有利于与数字预失真系统结合。

非对称高回退宽带Doherty功率放大器实验研究

在传统Doherty功率放大器基础上,提出了一种新的非对称式结构,通过在Doherty功放负载调制网络中减小λ/4传输线的阻抗变换比和增加两段短路微带线抑制阻抗漂移来扩展带宽。使用GaN HEMT器件设计并制作了一款工作于1.6~2.2GHz的Doherty功放。仿真与实验结果表明,该功率放大器饱和输出功率大于43.5dBm,饱和漏极效率保持在56%以上,且饱和输出功率回退6dB后漏极效率大于42%,回退9dB时漏极效率在36.5%~46.5%之间,未使用线性化技术的ACPR优于-25dBc。

非对称功率输入Doherty功率放大器研究与设计

为在高线性的前提下提高LTE基站系统中的功率放大器效率,基于ADS软件设计了一款工作频段2.5~2.7GHz不对称功率输入的Doherty功率放大器。采用飞思卡尔公司的MRF6S27015N LDMOS工艺晶体管,设计了一种采用offset line可变功率输入的非对称Doherty功率放大器。只需通过调整offset line就可调整输入功率比,便于使系统调整到最合适的输入功率比值。

非对称Doherty功率放大器的研究与设计

基于传统Doherty功放在实际应用中存在的某些缺陷,提出了一种可用于TD-SCDMA基站功放的非对称Doherty功放结构。输入端应用了不等功率功分器,且主功放和峰值功放的漏极偏压也不同。在一定程度上提高了功放的效率,增加了输出功率。

Ka波段非对称MMIC Doherty功率放大器设计

基于WIN公司的0.15mm E-mode GaAs pHEMT工艺,本文设计了一个Ka波段的非对称Doherty功率放大器。通过采用新颖的设计方法,我们巧妙的移除了主功放后的偏移线,从而大大减小了功率合成网络的尺寸,也增加了Doherty的带宽。经过测试,在30GHz处,Doherty功放的饱和输出功率为26dBm,最大功率附加效率(PAE)为33%,7dB回退效率达到了22%。Doherty功放实现了2.8GHz的带宽,在29~31.8GHz频带内,饱和输出功率大于25.7dBm,峰值PAE大于31%,7dB回退效率大于21%。由于主功放偏移线的移除,整体版图尺寸非常紧凑,只有2.1mm×1.7mm。

基于膝点电压效应的非对称Doherty功率放大器

根据Doherty技术,设计了一款工作于宽带码分多址信号(W-CDMA)下行频段的改进型高效率功率放大器。在设计过程中,将功放管的膝点电压效应考虑在内并通过减小此效应来提升回退点效率,此外,通过不对称功率输入的设计使得整个功放在更宽的功率范围内保持高效率并获得良好的线性度。为了证明文中的理论分析,采用飞思卡尔公司的LDMOSFET功放管MRF6S21050,最终设计并实现了峰值功率输出(PEP)为100 W的Doherty功率放大器(DPA),测试结果显示,该放大器在回退6 dB和9 dB处的功率附加效率(PAE)分别为40.5%和27.88%,比传统的Doherty功率放大器改善了约3.4%和4.2%。此功率放大器可应用于无线通信领域。

3.3~3.7GHz宽带非对称Doherty功率放大器设计

针对功率放大器的有效工作带宽的问题,通过分析负载调制网络,在非对称Doherty功放结构的基础上,采用了一种在负载调制网络中去除负载前λ/4传输线的方法拓展带宽,并重新设计功率放大器的负载调制网络,通过源牵引和负载牵引仿真获得优化匹配电路,调节微带线对整体电路优化。使用GaN晶体管CGHV40030设计了一款工作在3.3~3.7 GHz频段的非对称Doherty功率放大器,设计结果表明,在该频段功率放大器的饱和输出功率大于46.5 dBm,饱和漏极效率可达64.8%~73.2%,且在功率回退8 dB时,其漏极效率可达到36.8%~49.1%。该设计既实现了射频功放的宽带特性又保证了较高的输出功率和漏极效率。

逆F类高效氮化镓Doherty射频功率放大器设计

逆F类功放在接近饱和区工作时效率很高,将其与Doherty功放结构相结合,可以实现一种在大功率回退的情况下仍然具有很高效率的射频功率放大器。本文设计了一款基于Ga N HEMT晶体管的高效率的逆F类Doherty功率放大器,工作频带为910MHz^950MHz。单音信号测试结果显示,在930MHz处,功放回退7.5d B后漏极效率仍高达64.2%。使用3载波WCDMA信号作为测试信号,利用数字预失真技术进行线性化后,功放输出信号的上下边带邻信道功率比(ACPR)分别为-35.39d Bc和-35.9d Bc。

并发双波段Doherty射频功率放大器

通过分析并发双波段阻抗变换网络,设计了双波段延时线以及双波段四分之一波长阻抗变换网络。在传统Doherty功率放大器基础上,运用双波段阻抗变换网络,设计了一款并发双波段Doherty。为了验证该并发结构的可行性,采用CREE公司的GaN功放管,设计了一款工作在2.1GHz以及2.5GHz频带的Doherty功率放大器,并实现了双频带内输出功率回退6dB时漏极效率大于33%,输出功率大于41.5dBm,且合路增益10dB左右。测试结果表明,并发双波段Doherty功放将更适合现代通信对多模多波段的要求。

基于双阻抗匹配的宽带Doherty功率放大器设计

为了满足采用高峰均比调制信号的未来无线通信系统中功率放大器高效和宽带的设计需求,研究了一种改进的宽带Doherty功率放大器设计方法.为了实现Doherty在功率回退和饱和输出时的阻抗变换,提出了一种双阻抗匹配网络设计方法来仿真设计主路和辅路输出匹配网络,从而简化了负载调制网络,展宽了带宽.实现并测试了一个2.30~2.80 GHz宽带Doherty功率放大器(DPA),对所提出方法的有效性进行了验证.结果表明:所设计的宽带DPA在工作带宽内增益波动小于2 d B,饱和功率大于43.5 d Bm,饱和时的峰值效率为66%~71%,6 d B回退时的效率为48%~59%,可满足未来无线通信系统中对高峰均比调制信号高效率放大的要求.

基于双向牵引与谐波抑制的Doherty功率放大器设计

为了提高功率放大器(Power Amplifier,PA)的效率,提出一种基于双向牵引与谐波抑制的对称式Doherty功率放大器(Symmetrical Doherty Power Amplifier,SDPA)结构。该结构在经典DPA的基础上,首先利用多谐波双向牵引技术获得功放的实际最佳阻抗,然后对主辅功放的二、三次谐波进行抑制,降低了漏极电压电流的重合,最后通过添加补偿线调节主辅功放的功率分配,使得功放整体获得最大的效率。为了验证上述谐波抑制理论与双向牵引技术的正确性,采用GaN器件设计了一款应用在4G基站的SDPA。测试结果显示:SDPA在2.6 GHz处的小信号增益为12.6 dB,2.5~2.7 GHz频段内的增益平坦度为±0.75 dB,频带内的S11小于-11.9 dB,在三载波测试时经过数字预失真(Digital Pre-Distortion,DPD)系统纠正后的相邻信道泄漏比(Adjacent Channel Leakage Rate,ACLR)约为-45 dBc,SDPA在峰值功率点附近的功率附加效率(Power Added Efficiency,PAE)接近60%,在回退点处的PAE约为48%。实验结果验证了该设计方案的可行性。

基于双向牵引技术的反向Doherty功率放大器设计

基于传统两路反向Doherty(Inverted Doherty PowerAmplifier,IDPA)在回退点处效率较低的缺点,提出了双向牵引技术与共轭匹配技术联合的设计方法,在传统反向Doherty设计方法上进行优化改进,研制了一款工作于TD-LTE频段(2570MHz^2620MHz)、结构新颖的高效率反向Doherty。实现了在保证高线性度的情况下,使得整体电路在峰值功率输出点以及回退点处都具有较高的效率。在中心频率为2600MHz的仿真结果表明,峰值输出功率(52dBm)和功率回退点(46dBm)处的效率分别高达54.9%和46.9%,回退点处的效率比AB类IDPA提高了14%,在5MHz偏频情况下,三阶互调分量为13.743dBm,与45.958dBm的基波功率相差32.215dB,符合现代功放在功率回退点处具有高效率和高线性度的设计要求。

Doherty功率放大器的研究进展

随着现代数字无线通信的发展,功率放大器尽可能满足高效率、高线性度和高集成度的要求。目前,Doherty功率放大器因其兼具高效率和高线性度的特点,已成为当前射频(微波)功放研究的热点。文章综述了几种提高Doherty功率放大器效率、线性度和集成度的方法,包括二极管线性化技术、自适应偏置技术和预失真技术等,讨论了两种新的Doherty结构(多路结构和串联型结构),并简单介绍了目前已完成的工作。最后,展望了Doherty功率放大器的未来发展趋势。

应用于无线通信基站的Doherty功率放大器

采用Doherty技术设计并实现了一款应用于无线通信基站的S波段高效率功率放大器,通过非对称功率输入的方式使得整个功放在更宽的功率范围内获得高效率。设计中采用了安捷伦公司的先进设计系统软件(advanced design system,ADS),选取恩智浦公司型号为MRF7S21080H与MRF8S21100H的横向扩散金属氧化物半导体(laterally diffused metal oxide semiconductor,LDMOS)功放晶体管,两款晶体管的工作频率均为2.14～2.17 GHz。经过电路仿真与实物调试,最终设计并实现了功率回退达到7 d B的功率放大器,其增益为13.5 d B,并且在7 d B功率回退点上效率达到35%,峰值功率效率达到42%。相比其他功率放大器,该放大器具有较大的功率回退范围与更高的效率。结果证明,通过不对称输入方式所设计的Doherty功率放大器可以获得更宽的功率回退范围。

应用于多标准无线通信的宽带Doherty功率放大器

提出一种新型输出合路器结构,以增强两路对称Doherty功率放大器(DPA)带宽性能。通过在峰值放大器输出端插入一段四分之一波长传输线,以补偿低功率区域中的载波放大器负载阻抗的稳定性。为此,峰值放大器输出匹配网络被用于在其关闭时将辅放大器的输出阻抗转换成准短路,并且当其开启时实现适当的阻抗匹配。且峰值放大器输出端插入一段四分之一波长传输线后取消了辅放大器输出端的补偿线,极大地拓宽DPA的带宽。最后,采用GaN晶体管CGH40010F基于新型合路器结构设计一款宽带Doherty功率放大器样品并进行实物加工测试。测试结果显示,新型宽带Doherty功率放大器实物在1.45~2.45GHz的1GHz带宽内,饱和输出功率为43.81~45.43dBm,饱和效率在53%~63%之间,输出功率回退6dB处的效率在40%以上,相对带宽高达51%。并采用WCDMA调制信号对功放电路的线性度进行了测试,结果表明电路的线性度良好。

改进负载调制的GaN Doherty功率放大器及其线性化

在分析传统Doherty负载调制的基础上,通过选取合适的峰值放大器负载阻抗和采用较高的偏置电压,增强了Doherty功率放大器的负载调制,使其适用于大范围(9dB)回退情况下的应用。为了验证分析的有效性,设计和实现了一个具有100MHz瞬时带宽的2.55GHz GaN Doherty功率放大器。测试结果表明:在工作带宽内饱和功率约为49.4dBm,平均峰值效率为64%,9dB回退时的平均效率约为40%。当使用5载波100MHz带宽LTE-advanced信号激励时,在平均输出功率为40.2dBm时效率可达40.3%,经过数字预失真校正过的邻道泄漏比(ACLR)低于-48dBc,达到较好的线性度。

高效率Doherty功率放大器的研究与设计

针对目前第三代通信系统中OFDM信号的高峰均比特性,研究了高效率的Doherty功放结构。用ADS对Doherty功放和传统的AB类平衡放大器进行了仿真对比,然后对两者实物进行了测试,结果表明当Doherty功放在功率回退6dB的情况下仍能维持37%的功率附加效率,此时三阶交调系数能达到-42dBc,适用于第三代无线通信。

Doherty功率放大器研究与设计

在无线通信系统设计中,功率放大器设计是很重要的一部分,影响着整个系统的性能。效率和线性度则是功率放大器的两个重要的指标,也是设计功率放大器的重点。详细介绍了用来提高功率放大器效率的Doherty结构,并通过使用ADS2004仿真设计了一个符合指标的30 W Doherty功率放大器。