基于GaN工艺的3.3～3.6 GHz Doherty功率放大器MMIC设计北大核心

基于GaN工艺设计了一款饱和输出功率为44 dBm、功率回退为9 dB的非对称Doherty功率放大器。为了提高增益，在Doherty功率放大器前方增加驱动级。通过对主放大器的输出匹配电路进行阻抗匹配优化设计，去掉λ/4阻抗变换线；辅助功放输出阻抗采用RC网络等效代替，控制输出匹配电路相位为0°,确保关断时为高阻状态；合路点的最佳阻抗直接选取50Ω,从而去掉λ/4阻抗变换线。芯片仿真结果表明，在3.3～3.6 GHz时，Doherty功率放大器的饱和输出功率达到44 dBm以上，功率增益达到25 dB以上，功率附加效率(PAE)达到50%以上；功率回退为9 dB时，PAE达到34.7%以上。Doherty功率放大器的版图尺寸为3.4 mm*3.3 mm,驱动级功率放大器的版图尺寸为1.5 mm*1.7 mm。     

26 GHz高回退效率Doherty功率放大器

针对功率回退时主路功率放大器不能有效进入饱和状态导致Doherty功率放大器回退效率低的问题,通过降低主路功率放大器的供电电压,实现了高回退效率,同时增大辅路功放管的尺寸弥补了电路的总输出功率。基于0. 1μm GaAs pHMET工艺,设计了一个26 GHz两级非对称的Doherty功率放大器。仿真结果表明,在26 GHz时增益达到16 dB,功放的饱和输出功率为27. 4 dBm,峰值功率附加效率(PAE)为40. 7%,输出功率回退7 dB时PAE仍达到38%,与传统Doherty功率放大器相比具有更高的回退效率,版图的尺寸为3. 2 mm×2. 2 mm。     

基于GaN 的3. 4~ 3. 6 GHz 高增益Doherty 功率放大器

基于两级功率放大器架构,设计了一款平均输出功率为37 dBm(5 W)的高增益Doherty 功率放大器。 该器件通过增加前级驱动功率放大器提高Doherty 功率放大器的增益,采用反向Doherty 功率放大器架构,将λ/4 波 长传输线放置在辅助功放后端,相位补偿线放置在主功放前端,并使主功放输出匹配网络采用双阻抗匹配技术实现 阻抗变换,如此可扩宽功率放大器的工作带宽。连续波测试结果显示:3. 4~3. 6 GHz 工作频段内,饱和输出功率在 44. 5 dBm 以上,功率饱和工作点PAE 在43. 9%以上;在平均输出功率(37 dBm,5 W)工作点,回退量大于7. 5 dB,功 率附加效率PAE 为36. 8%以上,功率增益在31 dB 以上。     

基于EFJ模式的宽带高效率Doherty功率放大器设计

将EFJ模式功率放大器应用于Doherty功率放大器的载波功率放大器,利用EFJ类功率放大器的阻抗特性改善了Doherty功率放大器的带宽。此外,还引入后谐波控制网络来提高Doherty功率放大器的效率。功放的输入匹配电路采用阶跃式阻抗匹配来进一步拓展工作带宽。使用CGH40010F GaN 晶体管设计并加工完成了一款宽带高效率Doherty功率放大器。测试结果显示,在3.2~3.7GHz 频段内,饱和输出功率达到43dBm,饱和漏极效率60%~72.5%,增益大于10dB。功率回退6dB时,漏极效率40%~48.5%。     

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。     

基于GaN HEMT的高效率Doherty功率放大器设计

通过分析传统Doherty功放的负载调制网络存在的带宽限制和晶体管输出电容对于效率的影响问题。利用改善阻抗变换比和补偿载波功放晶体管的输出电容的方法提出一种新型负载调制网络,使用GaN HEMT晶体管并基于此网络设计完成了一款高效率的Doherty功率放大器。该Doherty功率放大器采用不等分结构设计。此外,采用阶跃式阻抗匹配方法设计主辅功放的输入输出匹配网络来拓展Doherty功放的工作带宽。测试结果显示,在2.8~3.2 GHz频段内,饱和输出功率达到45 dBm,饱和漏极效率65%~73.18%。功率回退6 dB时,漏极效率在45%~50%之间,功率回退9 dB时,漏极效率在38.94%~44.68%之间。     

1.8 GHz Doherty功率放大器小型化技术研究

基于In GaP/GaAs HBT工艺设计了一款工作在1. 8 GHz的三级Doherty功率放大器,第一、二级为驱动级,第三级为Doherty放大器。通过分析Doherty结构,在原有基础上重新设计Doherty电路,使用LC元件替代微带线,减小功率分配网络与合路匹配网络的面积,进而缩小整体电路的面积。将输入、输出匹配网络及功分、合路部分集成至基板上,整体封装尺寸5 mm×5 mm。测试结果表明,芯片输入、输出回波损耗优于-15 d B,放大器整体增益优于33 d B,3 d B压缩点输出功率35 d Bm,其中第三级Doherty放大器峰值功率附加效率(PAE) 47. 9%,8 d B回退点的功率附加效率32. 7%。     

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。     

基于双匹配的高效大功率Doherty功率放大器

针对Doherty功率放大器传统设计方法的不足,提出了一种双匹配设计技术,并给出了实现方法。基于LDMOS器件,用该方法设计了一款饱和功率为55 dBm的Doherty放大器。仿真结果显示,与未采用双匹配法相比,该Doherty放大器的效率改善更好。功率附加效率在6 dB回退点比平衡式放大器改善15%,在回退约8 dB的区间上,整体效率都在40%以上。实测结果表明,该放大器增益约12 dB,在输出回退6 dB的区间上,功率附加效率改善10%。     

基于特定相移匹配的连续类双频Doherty放大器

为了实现Doherty功率放大器在双频模式下的宽带高效工作,设计了一种基于特定相移匹配的连续类双频Doherty放大器。利用相移周期重复性原理,通过确定两个目标频段上所需要的特定相移,结合连续类放大器技术,对匹配网络进行设计,解决了传统双频Doherty放大器带宽受限的问题。设计和实现了一个2.2~2.7 GHz和3.1~3.4 GHz的双频Doherty放大器。测试结果表明,该功率放大器两个频段的饱和效率分别为64.1%~68%和60.1%~66.3%,6 dB回退效率分别达到了45.2%~52.1%和44.1%~48.5%,能满足未来移动通信系统多频段同时工作的需求。     

基于AlGaN/GaN HEMT的X波段内匹配功率合成放大器的设计

利用内匹配和功率合成技术设计了X波段AlGaN/GaN HEMT功率合成放大器.电路包含有四个AlGaN/GaN HEMT和制作在Al2O3陶瓷基片上的输入输出匹配电路.在偏置条件VDS=30 V,IDS=700 mA时8 GHz测出连续波饱和输出功率达到Pat=40 dBm(10 W),最大PAE=37.44%,线性增益9 dB.     

基于GaAs HBT工艺的高增益宽带Doherty功率放大器设计

在传统Doherty功率放大器的基础上,采用砷化镓(GaAs)异质结双极晶体管(HBT)工艺,设计了一款可应用于5G通信N79频段(4.4~5 GHz)的高回退效率MMIC Doherty功率放大器(DPA)。通过在Doherty电路中采用共射-共基结构,并在共射-共基结构中加入共基极接地电容,大幅提升了DPA的增益和输出功率。使用集总元件参与匹配,减小了芯片的面积。仿真结果表明,在目标频段内,增益大于28 dB,饱和输出功率约为38 dBm,饱和附加效率(PAE)为63%,7 dB回退处的效率达到43%。     

Ku波段宽带氮化镓功率放大器MMIC

基于0.25μm栅长GaN HEMT工艺,采用三级放大拓扑结构设计了一款Ku波段GaN功率放大器.放大器设计从建立大信号模型出发,输出匹配网络和级间匹配网络均采用电抗匹配减小电路的损耗,从而提高整体放大器的功率效率.测试结果表明,该放大器在14.6~18GHz频带内,小信号增益30dB,脉冲饱和输出功率达15W,功率附加效率(PAE)大于32%;在14.8GHz频点处,放大器的峰值功率达19.5W,PAE达39%.该结果表明GaN MMIC具有高频高功率高效率的优势,具有广阔的应用前景.     

基于GaN的高效率功率放大器设计

基于Cree公司GaN HEMT设计了一款适用于3.45 GHz 5G通信的Doherty功率放大器,其中,载波放大器工作于深AB类,峰值放大器偏置于C类.后仿真表明该放大器小信号增益为13 dB,饱和输出功率大于44.85 dBm(30 W),在饱和点的功率附加效率(PAE)为73.5％.在6 dB回退点效率高达65...     

Doherty高效功率放大器的设计

根据Doherty技术设计并实现了运用于2010～2025MHz频段的高效率功率放大器。在设计Doherty放大器过程中采用了放大器单管双向牵引优化方法提高单管功率放大器效率,通过对晶体管的双向牵引(源牵引和负载牵引)仿真得到单管匹配优化网络,通过调节补偿线对Doherty放大电路进行整体优化设计。仿真结果表明,与传统的平衡式AB类放大器相比,在传输功率回退较大的高峰均比信号时,Doherty技术在功率附加效率上有10%左右的提高。得到实物测试结果为在输出功率回退6dB时,效率为30.1%,增益为9.9dB。该功率放大器结构简单,适用于无线通信领域。     

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。     

高效率高线性度功率放大器的设计与实现

基于对传统两路Doherty功放存在的问题分析,文中对其结构进行改进,提出了一种新颖的非对称结构。该非对称结构采用相同的功放管,通过变换漏极与栅极电压分别对主辅功放进行负载牵引和源牵引以达到不同的饱和输出功率,从而实现更高的功率回退。基于该理论,结合互调对消技术和多谐波双向牵引技术设计并实现了应用于工作频段为2.57～2.62GHz的TD-LTE直放站功率放大器。在饱和输出功率回退9dB的平均输出功率处,功率附加效率(PAE)为38%,5MHz和10MHz偏移量的相邻信道功率比(ACPR)分别为-41dBc和-50dBc,实测结果显示Doherty功放的参数性能良好,满足TD-LTE直放站要求的同时验证了设计方案的正确性。     

面向WiMAX的非对称Doherty功放研究与设计

针对经典Doherty结构在WiMAX应用中存在的某些缺陷,提出了一种大功率管和负载牵引技术相结合的方法,解决了经典Doherty实际输出功率小于其饱和功率的问题.设计了一款应用于3.4～3.6 GHz频段WiMAX基站的非对称Doherty功率放大器,在功率回退9.5dB的范围内,功率附加效率(PAE)均在45％以上.采用添加前置延迟线和输出补偿线的方案,改善了峰值功放的负载调制效应,降低了载波功放向峰值功放的功率泄露.     

三级Doherty功率放大器的研究

为了降低基站能耗和简化散热设计,基于可有效提高功放效率的三级Doherty理论,研制了一款平均输出功率为50W的FDD-LTE基站三级Doherty功率放大器,并将其与数字预失真系统结合,在保证线性度的基础上,大幅提高了功放在高功率回退范围内的效率。LTE信号下的实际测试结果表明,设计的功放增益为12.5dB左右,平均输出功率处的功率附加效率(PAE)保持在40%左右,且在整个9dB回退范围内功率附加效率曲线相对平坦。此外,经过数字预失真系统纠正后的ACLR达-62dBc,满足现代功放高功率回退、高效率和高线性度的设计要求。     

一个8GHz基于AlGaN/GaN HEMT的内匹配电路

论述了一个在8 GHz下基于AlGaN/GaN HEMT功率放大器HMIC的设计、制备与测试.该电路包含了1个10×100 μm的AlGaN/GaN HEMT和输入输出匹配电路.在偏置条件为VDS=40 V、IDS=0.16 A时输出连续波饱和功率在8 GHz达到36.5 dBm(4.5 W),PAE为60%,线性增益10 dB;在偏置条件为VDS=30 V、IDS=0.19 A时输出连续波饱和功率在8 GHz达到35.6 dBm(3.6 W),PAE为47%,线性增益9 dB.