一種新型倒置doherty設(shè)計

一 引言

現(xiàn)代通訊系統(tǒng)的發(fā)展對功放的線性和效率提出了越來越高的要求，而功放的線性度和效率始終是相互矛盾的，為了盡量平衡他們之間的矛盾，中國電子器材深圳有限公司的射頻技術(shù)團隊提出了一種新型倒置doherty技術(shù)，比較好的解決了這樣一個矛盾。

二 傳統(tǒng)Doherty放大器及新型倒置doherty原理分析

圖1：傳統(tǒng)二路Doherty放大器原理框圖

傳統(tǒng)doherty結(jié)構(gòu)如圖1所示，由主管（載波放大器），輔管（峰值放大器），90度電橋，補償線L1、L2、L3、L4，輸出合路部分組成。小信號峰值放大器Z3的阻抗理想開路，載波放大器在合路部分的阻抗牽引使Z1=100歐姆，同時也使得功放漏級電阻減小一半，減小后的漏級電阻使得峰值電壓減半，飽和電流不變，doherty出現(xiàn)第一個峰值，大信號載波放大器和峰值放大器都以最佳的阻抗匹配輸出，doherty達到第二次峰值效率及最大輸出功率。

圖2：新型倒置二路Doherty放大器原理框圖

新型倒置doherty跟傳統(tǒng)經(jīng)典doherty相比有以下幾個不同之處，（1）新型倒置doherty輸出端的四分之一波長線在輔管后面，而傳統(tǒng)經(jīng)典doherty輸出端的四分之一波長線是在主管后面，所以命名為新型倒置doherty；（2）新型二路倒置doherty的主管按Z=100歐姆設(shè)計，輔管按Z=72.25歐姆設(shè)計；（3）輔管后面用了四分之一波長的特性阻抗為85歐姆的高阻抗線；（4）主管和輔管合路后已經(jīng)是50歐姆了，所以不需要通過阻抗變換了。下面從它的工作過程也可以分為三個階段：（1）當輸入信號較小RFin0.5Pmax，由于輔放后面的輸出端四分之一波長85歐姆的高阻抗線，輔管管的阻抗Zpeak1視為理想無窮大，Z2=50歐姆，Zmain按100歐姆設(shè)計，主管往負載看進去的阻抗為50歐姆，同時也使得功放漏級電阻增加一倍，增加后的漏級電阻使得輸出電壓達到峰值電壓時，輸出電流卻只有峰值電流的一半。因此，doherty達到第一個峰值效率時的輸出功率相對于滿功率輸出功率而言，回退了6dB。（2）當輸入信號0.5Pmax≤RFin Pmax，，主管輸出電壓達到飽和，適當?shù)钠檬沟幂o管開始工作。隨著輸入功率的增加，輔管輸出電流增加。由有源負載牽引技術(shù)可知，Zmain的共軛阻抗開始由50歐姆往100歐姆變化，Zpeak的共軛阻抗開始由理想無窮大往72.25歐姆變化。這使得主管輸出電壓基本保持不變，不會產(chǎn)生過飽和，同時主管輸出電流繼續(xù)增加，主管效率保持最大值。由于從放大器工作電流未達到最大，故doherty效率有所下降，但是依然維持在較高水平。（3）當輸入信號RFin= Pmax，Zmain的共軛阻抗變?yōu)?00歐姆，Zpeak的共軛阻抗變?yōu)?2.25歐姆，合路處的往阻抗為Zmain=100歐姆并聯(lián)Zpeak=85*85/72.25=100歐姆即等于50歐姆，和Z2=50歐姆阻抗匹配，主管和輔管都以最佳匹配阻抗形式達到飽和輸出，此時doherty達到最大功率輸出，doherty效率也達到最大效率值，即第二個峰值效率。通過以上分析可知新型倒置doherty跟傳統(tǒng)經(jīng)典doherty相比有以下幾個優(yōu)勢：（1）負載調(diào)制效果明顯（新型倒置doherty漏級電阻是增加一倍而傳統(tǒng)dohert漏級電阻是減小一倍）；（2）減小PCB面積節(jié)省成本（新型倒置doherty不需要35歐姆1/4波長線，新型倒置doherty功放阻抗都大于50歐姆，設(shè)計匹配靈活，一般單階匹配就可以完成）。

三 新型Doherty電路設(shè)計

圖3：新型倒置Doherty原理仿真圖

基于ADS軟件平臺，選用飛思卡爾MRF8S21140H器件模型進行倒置doherty原理圖仿真。整個倒置doherty的關(guān)鍵在于輸出匹配的設(shè)計，它不僅要完成阻抗匹配，還要同時滿足輸出補償線的功能，并且在小信號的時候能夠達到漏極電阻增倍的目的。

四 仿真結(jié)果

圖4：新型倒置Doherty仿真數(shù)據(jù)

圖4是載波和峰值放大器的漏極偏置電壓都取28V，主放大器柵極電壓取2.7V（靜態(tài)電流1.1A），峰放大器柵極電壓取1.7V，仿真數(shù)據(jù)。由圖可見，新型倒置doherty電路，在輸出45.33dbm（即P-3=55.7dBm回退10.4dB）時可以獲得較高的效率（32.756%），doherty輸出電流等于3.623A；AM-AM測試可以得到P-1=53.6,dbm, P-3=55.7dbm，小功率輸出到飽和功率曲線比較平緩；AM-PM測試可以得到在小信號輸出的相位為-0.261度，在輸出功率53.894dbm時輸出相位為-3.351度，在輸出功率55.708dbm時相位為-2.791度，從整個AM-PM發(fā)現(xiàn)相位失真小于3度且曲線也十分平滑，從仿真數(shù)據(jù)可以得到倒置doherty相對傳統(tǒng)doherty具有更好的線性指標，并且效率能滿足32.756%（回退10DB下）。

五 結(jié)論

W-CDMA作為第三代無線通信主流標準之一，其信號的峰均比可達10dB。目前直放站廠家的WCDMA功放基本都是采用經(jīng)典doherty配合scintear公司的模擬預失真芯片SC1887來達到滿足頻譜模板的目的，SC1887屬于模擬預失真芯片線性糾正能力有限，如果doherty本身的AM-AM,AM-PM曲線不是很理想的話，它的線性糾正的能力就會大幅度降低，針對這種情況，本文仿真設(shè)計出一種新型倒置doherty。相比傳統(tǒng)經(jīng)典doherty，它可以獲得更好的AM-AM,AM-PM線性指標，如果SC1887配合這種新型倒置doherty ，ACPR指標將會有更大的改善。