宽带Doherty功率放大器的理论和设计

从Doherty功率放大器的基本原理出发,导出Doherty功率放大器设计的关键参数α,并给出该参数同系统信号的峰均比、主峰管之间的功率比、功率放大器阻抗参数之间的关系。根据对该参数的物理关系及传统Doherty功率放大器架构对带宽的限制性因素的研究,探索出一种提升传统Doherty的设计理论和方法,并在工程上进行了验证。     

平衡式宽带Doherty射频功率放大器

为了满足未来通信系统对多波段多模式的射频功率放大器的要求,需要对传统Doherty结构予以改进。在传统Doherty结构基础上,通过分析其输出合路结构的阻抗变换比,阐明了阻抗变换比对带宽的影响,并运用平衡式的结构来拓展合路的带宽。最后,采用CREE公司的Ga N功放管设计了一款工作于1.85—2.65GHz频带的Doherty功率放大器,并实现了频率在整个频带内输出功率回退5~6d B时漏极效率大于38%、最大输出功率大于44d Bm且整体合路增益10d B左右,从而验证了该合路结构的可行性。     

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%。     

应用于移动通信微基站的宽带Doherty功率放大器

设计了一款应用于移动通信微基站的宽带Doherty功率放大器DPA(Doherty Power Amplifier),工作频段为 3.4ＧＨｚ~3.6ＧＨｚ,同时,将Chebyshev低通滤波器形式的阻抗变换网络设计的宽带匹配电路应用于DPA的匹配电路中,设计中采用Agilent公司的先进设计系统软件ADS(Advance Designed System),主、辅功放均选取 Cree公司型号为CGH40010F的 GaN晶体管,仿真结果表明,设计的DPA在工作频段内饱和的输出功率及漏极效率均超过43ｄＢｍ及68％,功率回退6ｄＢ范围内,漏极效率为 44％ ~51％。实测结果表明,功率回退6ｄＢ 范围内漏极效率为26％ ~39％,最大饱和漏极效率为51％。     

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。     

改善增益平坦度的新型InGaP/GaAs HBT功率放大器单片设计

介绍了一款应用于3GHz通信的基于改进增益平坦度的功率放大器设计,其由商用InGaP/GaAs异质结双极性晶体管(HBT)工艺制作.为了以简单方式改善增益平坦度,除了耦合旁路电容以及射频扼流圈外,在实际电路中没有加入额外部件.其测量线性增益为23dB,大信号增益平坦度为±0.25dB,非常贴近仿真和日标值.此两级功放400MHz带宽下的输出线性功率为31dBm,增益附加效率为44%.本电路通过良好的失真补偿电路和扼流圈模型的使用,成功地改善了增益平坦度.     

基于InGaP/GaAs HBT的高效率高谐波抑制功率放大器

将基于InGaP/GaAs HBT工艺的高线性功率放大器芯片、CMOS控制芯片、输出匹配电路集成于双层基板,研制了一款工作在S波段的高效率、高谐波抑制功率放大器模组(MCM)。通过在输出匹配电路中引入多个LC谐振网络,抑制了输出信号的高次谐波分量,改善了放大器模组的线性度和效率。在电源电压4 V、静态电流220 mA、工作频率1.9～2.1 GHz条件下,其小信号增益大于34.3 dB,1 dB压缩点输出功率大于34.3 dBm,功率附加效率大于44.2%,谐波抑制比小于-55.0 dBc;采用21.6 kHzπ/4正交相移键控(QPSK)方式调制信号,功率放大器模组输出功率为34 dBm时,其误差向量幅度(EVM)小于3.1%,第一邻近信道功率比(ACPR1)小于-31 dBc,第二邻近信道功率比(ACPR2)小于-41 dBc。该放大器模组可广泛应用于卫星通信等领域。     

改善增益平坦度的新型InGaP/GaAs HBT功率放大器单片设计

介绍了一款应用于3GHz通信的基于改进增益平坦度的功率放大器设计,其由商用InGaP/GaAs异质结双极性晶体管(HBT)工艺制作.为了以简单方式改善增益平坦度,除了耦合旁路电容以及射频扼流圈外,在实际电路中没有加入额外部件.其测量线性增益为23dB,大信号增益平坦度为±0.25dB,非常贴近仿真和日标值.此两级功放400MHz带宽下的输出线性功率为31dBm,增益附加效率为44%.本电路通过良好的失真补偿电路和扼流圈模型的使用,成功地改善了增益平坦度.     

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。     

应用于Doherty功放的宽带可调功率合成网络

针对Doherty功率放大器的多波段、多模式应用,提出了一种宽带可调功率合成网络结构。对传统1/4波长微带线进行pi型网络等效设计,并对其可调谐操作的实现方法进行分析,在此基础上引入变容二极管,借助其电调特性,实现较宽频带范围内的调谐工作,设计了一个覆盖1.65².05 GHz频段、瞬时工作带宽为50 MHz的可调功率合成网络。实验结果表明,与传统单波段1/4波长线构成的功率合成网络相比,所提出的网络结构宽带性能得到较大提高。     

一种简化的VBIC模型和InGaP/GaAs HBT宽带放大器设计

采用一种新的简化VBIC模型对单、多指InGaP/GaAs HBT器件进行建模．测量和模型仿真I-V特性及其在多偏置条件下多频率点S参数对比结果表明，DC～9GHz频率范围内，简化后的模型可对InGaP/GaAs HBT交流小信号特性进行较好的表征．利用建立的模型设计出DC～9GHz两级直接耦合宽带放大器，该放大器增益达到19dB，输入、输出回波损耗分别低于－10dB和－8dB．     

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.     

一种砷化镓HBT高速预分频器的设计

介绍了一种采用砷化镓HBT工艺实现的数字静态除8高速预分频器。该预分频器采用D触发器高速分频和多级供电驱动电路结构。测试结果表明,最高工作频率达到18GHz。预分频器芯片在5V的电源电压下的静态电流为85mA。     

一种提高GaAs HBT放大器增益带宽积的技术

提出了一种提高GaAsHBT共射共基宽带放大器增益带宽积的技术,给出了一种宽带补偿的改进型共射共基宽带增益单元。小信号分析表明:在相同半导体工艺条件下,基于这种改进型电路结构的放大器具有更高的增益带宽积。采用2μmInGaP/GaAsHBT晶体管工艺,分别设计了无高频损耗补偿和具有高频损耗补偿电路的共射共基放大器,并成功流片,在同样测试条件下,新的增益单元其增益带宽积达到了原来的近400%。     

宽带高效率Doherty 电路的雷达应用设计

针对未来多功能一体化雷达探测、通信等多样化需求,雷达系统的发射链路需要在探测和通信两种 不同应用下同时输出高效率特性。但是基于非恒包络的通信信号具有高峰均比特点,而雷达系统恒包络信号却可以在高的饱和功率点工作。要求发射链路的功放既能在饱和输出高效率,还要在回退功率处仍然具有高效率特性。文中的雷达发射通道设计中,使用10 W 内匹配式功率放大器,验证了同时具有雷达探测和无线通讯的宽带高效率Doherty 功放电路。功放电路对输入功分电路采用双节宽带设计, 并使用短路切贝雪夫阶梯阻抗变换结构设计输出合成网络, 使得Doherty 电路在功放原来14%相对工作带宽内具有回退高效率, 其中6 dB 功率回退效率最大提升10%, 并满足雷达工作特性参数要求。     

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。     

应用于TD-SCDMA移动终端的单片InGaP/GaAs HBT功率放大器

报道了用于TD-SCDMA移动终端的高效率、高线性度HBT功率放大器的研制. 该单片功率放大器采用两级放大结构,内部集成了输入匹配、级间匹配网络以及有源偏置电路,总芯片面积仅为0.91mm×0.98mm. 该功率放大器采用单电源3.4V供电,在高、低功率模式下,PAE分别为43%和16%,增益达到了28.5以及24dB. 当输入QPSK调制信号时,在低输出功率以及高输出功率状态下,1.6MHz/3.2MHz中心频偏处,ACPR分别低于-45dBc/-56dBc 和-39dBc/-50dBc. 本芯片尺寸小,电压稳定性高,性能优越,为低成本化的大规模生产提供了可能性.