基于GaN HEMT的高线性星载Doherty功率放大器设计北大核心CSCD

在射频通信链路中,功率放大器决定了发射通道的线性、效率等关键指标。卫星通信由于是电池供电,对功率放大器的工作效率要求比较高。文章基于GaN HEMT晶体管采用对称设计完成了一款高效率的Doherty功率放大器。测试结果表明:该Doherty功放的功率增益大于29 dB;1 dB压缩点功率(P_(1 dB))大于35 dBm;在35 dBm输出时,其功率附加效率(PAE)大于47.5%,三阶交调失真(IMD3)大于35 dBc;在功率回退3 dB时,其PAE大于37%,IMD3大于32 dBc。     

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。     

一体化匹配网络的Q波段Doherty功率放大器MMIC设计

提出了一种毫米波Doherty放大器一体化匹配网络的设计方法。该匹配网络将功率合成、阻抗变换和相位调节功能一体化,结合兰格耦合器,去除了传统Doherty功放结构中输出和输入四分之一波长线。采用0.15μm GaN工艺研制了一款Doherty放大器MMIC。连续波测试条件下,此放大器在38～42 GHz频段内,饱和功率达到40 dBm,饱和PAE大于24%,6 dB输出功率回退PAE达到16%。在中心频率40 GHz、20 MHz双音间隔测试条件下,输出功率回退3 dB时,放大器的三阶交调失真IMD3小于-21 dBc。     

三路Doherty功率放大器的设计与仿真

基于可有效提高功放效率的Doherty理论,对两路非对称Doherty所存在的问题进行剖析,提出了一种嵌入内Doherty的三路Doherty(3-way Doherty)结构,并对该三路Doherty的工作状态和阻抗变换等基本理论作了细致描述与分析,最终结合多谐波双向牵引技术和双匹配技术,成功设计了一款平均输出功率为5W的TD-LTE直放站三路Doherty功率放大器.中心频率2600 MHz的仿真结果表明,平均输出功率处的三阶互调系数IMD3为-36 dBc,增益Gp达10.6 dB,功率附加效率PAE保持在56％左右,较普通AB类功放有近38％的提高,且在整个12dB回退范围内功率附加效率曲线相对平坦,符合现代功放高功率回退和高效率的设计要求,可以与数字预失真技术结合用于实际直放站中.     

基于谐波控制的线性高效Doherty功率放大器

设计并实现了一款工作在3.5 GHz全球微波接入互操作性(WiMAX)波段的高效率、线性Doherty功率放大器。通过合理控制载波功放的包络阻抗、谐波阻抗以及利用Doherty载波功放和峰值功放线性抵消原理,使得Doherty功率放大器同时满足高的效率和线性度。仿真结果表明：通过合理调节峰值功放的栅极偏压,所设计的Doherty功放在保证三阶交调失真(IMD3)和五阶交调失真(IMD5)低于-30 dBc时,功率附加效率(PAE)可高达63%。     

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10 dB处,3阶互调(IMD3)为-26 dBc,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-11 dB,增益约为16dB,且1 dB压缩点向3 dB压缩点过渡较为平滑,有利于与数字预失真系统结合.     

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6 dB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-42 dBc,适用于第三代无...     

基于增益扩展现象的线性化技术在Doherty功放中的应用

在分析Doherty放大器特性基础上,研究了利用Doherty具有增益扩展特性的放大器线性化技术.深入分析了Doherty功放中辅助功放的栅压变化对增益扩展特性的影响,并讨论了据此将具有增益扩展特性的前级Doherty功放作为模拟射频预失真器与末级Doherty功放进行级联而构成的线性化功放.最后根据这一原理,采用一对MRF21010功放管所设计并优化的Doherty模拟预失真功率放大器与前级为平衡放大器、末级为相同Doherty功放的级联电路相对照,表明三阶互调可以改善15dB,效率提高2%.研究结果对高效率、高线性功放的设计具有实际意义.     

射频模拟预失真器的研究与设计

利用小信号BJT放大器的非线性特性设计了一个有源模拟预失真器.通过调整小信号放大器的偏置状态和对失真信号的提取控制,使功放的三阶互调失真得到了明显的改善.双音实测数据表明,该预失真器使一个GSM基站功放在5 dB功率回退点附近的三阶互调失真改善了18 dB左右,与传统的射频预失真器相比,该预失真器对功放三阶互调失真的改善度提高了10 dB左右.     

用于W-LAN的5.8GHz InGaP/GaAs HBT MMIC线性功率放大器

介绍了一种应用于W-LAN系统的5.8 GHz InGaP/GaAs HBT MMIC功率放大器。该功率放大器采用了自适应线性化偏置电路来改善线性度和效率,同时偏置电路中的温度补偿电路可以抑制直流工作点随温度的变化,采用RC稳定网络使放大器在较宽频带内具有绝对稳定性。在单独供电3.6 V电压情况下,功率放大器的增益为26 dB,1 dB压缩点处输出功率为26.4 dBm,功率附加效率(PAE)为25%。三阶交调系数(IMD3)在输出功率为26.4 dBm时为-19 dBc,输出功率为20 dBm时低于-38 dBc,在1 dB压缩点处偏移频率为20 MHz时邻道功率比(ACPR)值为-31 dBc。     

A broadband Doherty power amplifier with harmonic suppression

In this paper, the design and implementation of the broadband, Doherty power amplifier (DPA) with 2nd and 3rd harmonics suppression, with theoretical analysis is presented. In the proposed structure a novel harmonic suppressed Wilkinson power divider used in DPA, which results in harmonic suppression with high level of attenuation. Moreover the proposed DPA has major advantages in terms of the linearity and works on a wideband frequency range (2.1–2.7 GHz) with minimum 40% drain efficiency (DE). The linearity of the proposed DPA is increased extremely, which significant improvement (7 dBm) is achieved from the main amplifier. In the proposed DPA, the main and the auxiliary amplifiers are implemented using Class-AB and Class-C topology respectively with equal MRF6S27015N MOTOROLA transistors in LDMOS technology.     

一种基于阻抗缓冲匹配技术的高效率Doherty放大器

为了在功率回退时满足功率放大器对高效率的要求,提出了一种采用阻抗缓冲匹配技术的Doherty功率放大器。通过负载牵引仿真,得到功放管的最佳基波和谐波负载阻抗。在此基础上,采用一种谐波控制阻抗匹配网络设计方法来设计主/辅路放大器的输出匹配网络,实现了高回退效率。为了验证该方法的有效性,设计并实现了一个1.635 GHz高效率Doherty功率放大器。测试结果表明,该放大器的饱和功率大于44 dBm,峰值效率为75%,6 dB功率回退时的效率为70%。该方法能有效提高Doherty功率放大器的回退效率。     

一种电调Doherty功率放大器

提出了一种全新的电调Doherty移动基站功率放大器。该Doherty放大器的载波放大器和峰值放大器的驱动功率分配比及输出合成相位实现了电可调,从而保证了Doherty功率放大器的最佳驱动功率分配比,以及最佳的输出合成相位,同时结合内部线性化技术以实现Doherty功率放大器的最优性能。为保证功率放大器性能的稳定,设计了一种用于Doherty功率放大器的恒静态偏置电路,在-25℃～+50℃的高低温实验中使放大器偏置电流的波动小于5%。功放的工作频率为870～890MHz,增益大于58dB。在CDMA2000信号测试下,输出功率为50.06dBm时,其ACLR(邻道泄漏功率比)小于-47.5dBc,整机效率达42.3%(含驱动级)。     

改进型宽带Doherty功率放大器的设计

根据Doherty技术,设计了一款改进型宽频带功率放大器。在设计过程中,分析了λ/4线对Doherty功率放大器(DPA)的影响。通过对阻抗比的研究,在理论上延拓了功放的带宽。此外,应用不对称功率输入结构来克服阻抗比变化所带来的非理想调制效应。为了证明文中的理论分析,采用飞思卡尔公司的LDMOSFET功放管MRF6S20010,最终设计实现了一款工作于1 900～2 200MHz的宽频带Doherty功率放大器。测试结果显示,改进型宽带功放相对于传统Doherty功率放大器有很大的优势,可用于无线通信领域。     

9～15GHz GaAs E-PHEMT高性能线性功率放大器

基于0.15 μm GaAs增强型赝配高电子迁移率晶体管(E-PHEMT)工艺,研制了一款用于5G通信和点对点传输的高性能线性功率放大器单片微波集成电路(MMIC).采用栅宽比为1:4.4的两级放大结构保证了电路的增益和功率指标满足要求;基于大信号模型实现了最优输入输出阻抗匹配:采用电磁场仿真技术优化设计的MMIC芯片尺寸为2.5 mm×1.1 mm.芯片的在片测试结果表明,静态直流工作点为最大饱和电流的35％、漏压为5V的条件下,在9 ～15 GHz频率内,MMIC功率放大器小信号增益大于20 dB,1 dB压缩点输出功率不小于27 dBm,功率附加效率不小于35％,功率回退至19 dBm时三阶交调不大于-37 dBc.     

Envelope-tracking-based Doherty power amplifier

From the instantaneous efficiency plot, it is observed that the conventional 2-stage Doherty power amplifier (DPA) with high upper power dynamic range (>12 dB) suffers from a substantial dip in the middle of the upper power regime, thus reducing the average efficiency. In this study, an envelope-tracking-based DPA is proposed in order to minimise this dip by adjusting the drain bias voltage of the auxiliary amplifier of the DPA proportional to the input power level.     

High-Power Amplifier Linearization Using the Doherty Amplifier as a Predistortion Circuit

This paper presents the application of a Doherty power amplifier (DPA) as a predistortion circuit for the linearization of high PA. When the DPA is employed as the driver amplifier, its nonlinearity is used as predistorted components to cancel the strong nonlinearity of the main amplifier. To verify the proposed method, the DPA is implemented with two 30-W silicon metal–oxide semiconductor field-effect transistors and tested with a 180-W main amplifier at a wideband code-division multiple access (WCDMA) band of 2.14 GHz. For a two-tone signal with 2-MHz tone spacing and a one-carrier WCDMA signal, the significant cancellation of the third- and fifth-order intermodulation (IM3 and IM5) components and a superior adjacent channel leakage ratio improvement are achieved.      

A Linear Power Amplifier Design Using an Analog Feedforward Method

We propose and describe the fabrication of a linear power amplifier (LPA) using a new analog feedforward method for the IMT‐2000 frequency band (2,110–2,170 MHz). The proposed analog feedforward circuit, which operates without a pilot tone or a microprocessor, is a small and simple structure. When the output power of the fabricated LPA is about 44 dBm for a two‐tone input signal in the IMT‐2000 frequency band, the magnitude of the intermodulation signals is below ?60 dBc and the power efficiency is about 7%. In comparison to the fabricated main amplifier, the magnitude of the third intermodulation signal decreases over 24 dB in the IMT‐2000 frequency band.