250 W三路高功率Doherty放大器的設(shè)計(jì)

摘要：為了提高數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的效率，采用一種新型的三路Doherty電路。基于傳輸線理論和有源負(fù)載牽引理論，推導(dǎo)出三路Doherty的工作原理，同時(shí)利用ADS設(shè)計(jì)一個(gè)雙三路Doherty電路，并用于數(shù)字電視發(fā)射機(jī)。仿真結(jié)果表明，該放大器在功率回退9．1 dB時(shí)，出現(xiàn)第一個(gè)效率峰值點(diǎn)，在整個(gè)回退范圍內(nèi)具有3個(gè)效率峰值點(diǎn)。實(shí)測結(jié)果表明，在610 MHz中心頻率和54 dBm輸出功率下，該放大器的效率可達(dá)41．2％。
關(guān)鍵詞：數(shù)字電視發(fā)射機(jī)；功率放大器；三路Doherty電路；效率峰值點(diǎn)

0 引言
現(xiàn)代通信系統(tǒng)和數(shù)字電視系統(tǒng)中，各種先進(jìn)技術(shù)的使用，使得信號具有很高的峰均比。為了滿足線性要求，射頻功率放大器必須工作在深度回退狀態(tài)，因此效率很低，進(jìn)而增加系統(tǒng)散熱成本，也給系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)。目前，提出的效率增強(qiáng)技術(shù)有包絡(luò)消除與恢復(fù)技術(shù)(EER)、包絡(luò)跟蹤技術(shù)(ET)、利用非線性元件線性放大技術(shù)(LINC)和Doherty技術(shù)等。Doherty技術(shù)由于結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，得到了廣泛應(yīng)用。
然而傳統(tǒng)的兩路對稱Doherty其高效率的動(dòng)態(tài)范圍為6 dB，對于具有更高峰均比的信號，其提高效率的性能是有限的。為了進(jìn)一步提高Doherty的效率，采用的結(jié)構(gòu)有非對稱結(jié)構(gòu)和多路結(jié)構(gòu)。其中，非對稱結(jié)構(gòu)雖然可以拓展高效率范圍，但其效率在兩個(gè)峰值點(diǎn)之間明顯下降；而多路結(jié)構(gòu)不但能拓展效率范圍，并且有多個(gè)效率峰值點(diǎn)，具有更高的效率。本文將介紹兩種結(jié)構(gòu)的三路Doherty電路，然后基于傳輸線理論和有源負(fù)載牽引理論推導(dǎo)出它們的工作原理；同時(shí)利用ADS設(shè)計(jì)一個(gè)新型的應(yīng)用在數(shù)字電視發(fā)射機(jī)上的250 W雙三路Doherty電路。仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該電路在峰均比為10 dB的OFDM數(shù)字電視信號下，輸出功率為250 W時(shí)，效率可達(dá)41．2％。

1 三路Doherty的工作原理
傳統(tǒng)的三路Doherty電路如圖1所示，文獻(xiàn)已經(jīng)詳細(xì)推導(dǎo)了其工作原理。理論上該電路在一定的功率回退范圍內(nèi)有3個(gè)效率峰值點(diǎn)，但其存在的問題是：當(dāng)輸出功率達(dá)到一定水平時(shí)，主功放的負(fù)載調(diào)制作用中斷而處于深度飽和狀態(tài)，從而引起嚴(yán)重的線性問題；同時(shí)當(dāng)所選器件功率比為1：1：1時(shí)，第一個(gè)效率峰值點(diǎn)出現(xiàn)的位置同兩路對稱Doherty一樣，在回退6 dB處時(shí)，該結(jié)構(gòu)并不能拓寬高效率的范圍，只是在回退6 dB的范圍內(nèi)進(jìn)一步改善效率。

本文將介紹一種新型的三路Doherty電路，它能充分發(fā)揮負(fù)載阻抗的調(diào)制作用；同時(shí)，當(dāng)器件功率比為1：1：1時(shí)，它能在更大回退范圍內(nèi)獲得高效率。新型三路Doherty的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它同樣由1個(gè)主功放和2個(gè)峰值功放組成，與傳統(tǒng)三路不同的是它將兩路Doherty中的峰值功放再用一個(gè)Doherty結(jié)構(gòu)代替；同時(shí)為了保持各路功放輸出相位的一致，在主功放和峰值功放2輸入端加入了90°傳輸線。