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。     

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％。     

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%。     

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。     

基于后匹配结构的Doherty功率放大器的设计

由于传统Doherty功率放大器存在诸多限制带宽的因素,本文通过后匹配结构代替传统Doherty功放四分之一波长线阻抗逆变器并且在饱和时将功放匹配到一个较低的阻抗值来减弱传统Doherty功放的宽带限制因素。此外还采用了阶跃阻抗低通滤波器做为主辅功放的输出匹配结构来扩展Doherty功放的带宽。设计中采用安捷伦公司的先进设计系统软件(advanced design system,ADS),选取Cree公司CGH40010F GaN HEMT晶体管。经过电路仿真和实物测试,最终实现了在3.2-3.6GHz饱和输出功率44dBm、漏极效率72%、增益9.5-15dB,回退6dB漏极效率在48%-56%。     

对合成电路优化的126 W Doherty功率放大器

基于自主研发的RF LDMOS功率晶体管以及散热法兰,设计了一款用于无线通讯以及L波段和S波段雷达系统的大功率高效率的功率放大器。在保证了器件的射频接地以及散热的前提下,在封装内部设计了输入内匹配和输出内匹配电路,提高了管芯的阻抗点以便于电路板匹配。利用Doherty功率放大器结构可以提高功率回退处效率的特点,结合输出内匹配对负载阻抗点的翻转作用,得到了一种结构优化的Doherty实现方案,在峰值功率处达到398 W的输出功率,52%的漏极效率;以及功率8 dB回退的平均功率处126 W的输出功率,43%的漏极效率。这种改进技术进一步提高了功率回退处的效率,相对普通Doherty功率放大器结构,性能提升了16%,改善了无线通信系统的射频性能。     

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%。     

基于功放管最优负载阻抗的Doherty功率放大器效率提升方法

本文给出了一种提高Doherty功率放大器（DPA）效率的方法．为减轻非理想负载调制和膝点电压效应引起的DPA效率下降,首先分析得出了载波和峰值功放管负载阻抗应满足的要求,推导出了与载波放大器负载阻抗相关的等驻波比圆,并使用该圆得到了载波功放管的最优负载阻抗,以提高DPA的效率．根据所提方法设计并实现了一个工作在2．35GHz的非对称DPA．单音信号测试时,该放大器的饱和功率为49．3dBm,在峰值和8dB回退功率下其漏极效率分别高于68％和55％．五载波100MHz LTE-advanced信号激励下,输出功率40．5dBm时该放大器的平均效率为50．5％,其校正后的邻道泄露比（ACLR）低于－47．5dBc．实验结果表明,本文设计的非对称Doherty放大器具有较高的平均效率和良好的线性度性能,验证了所提方法的有效性．     

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。     

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。     

准 单片连续B / J 类Doherty 功率放大器研制

文中采用准单片工艺研制了两级连续B/ J 类Doherty 功率放大器。采用非对称Doherty 架构,分析当 载波功放的阻抗逆变网络出现失配时,峰值功放非无穷输出阻抗对载波功放负载的影响,扩展了连续B/ J 类Doherty 功放的阻抗设计空间,在保持高回退效率的同时拓展带宽。该设计方法无需提取管芯的封装参数,摆脱对特定管芯 的依赖,更具有普遍性。测试结果表明,采用准单片工艺的2. 3~2. 7 GHz 频段连续B/ J 类Doherty 功率放大器输出 功率大于35 dBm,回退8 dB 漏极效率大于36%。     

并发双波段Doherty射频功率放大器

通过分析并发双波段阻抗变换网络,设计了双波段延时线以及双波段四分之一波长阻抗变换网络。在传统Doherty功率放大器基础上,运用双波段阻抗变换网络,设计了一款并发双波段Doherty。为了验证该并发结构的可行性,采用CREE公司的GaN功放管,设计了一款工作在2.1GHz以及2.5GHz频带的Doherty功率放大器,并实现了双频带内输出功率回退6dB时漏极效率大于33%,输出功率大于41.5dBm,且合路增益10dB左右。测试结果表明,并发双波段Doherty功放将更适合现代通信对多模多波段的要求。     

基于GaN HEMT的高效率Doherty功率放大器设计

对影响Doherty功放回退效率的因素进行了分析,从输入功率配置、载波功放与峰值功放栅压以及相位平衡等多重角度进行了仿真,并基于此讨论了DPA(Doherty power amplifier)输出功率回退点的效率空间,从该效率空间出发,可以选择合适的功率配置和栅偏压进行功放的设计。基于GaN HEMT器件对所设计的电路进行了加工、装配和测试。测试结果显示:在2.25GHz时,峰值效率为59%,输出功率为43.7dBm;输出在饱和点回退2dB时的效率为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。     

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。     

350 W双频带非对称Doherty功率放大器设计与实现

基于南京电子器件研究所0.5μm GaN HEMT工艺,设计了一款工作在1.8 GHz/2.3 GHz的大功率双频带非对称Doherty功率放大器。采用改进型的双频匹配网络结合双阻抗匹配的方法进行输出匹配电路设计,降低了传输线参数计算的复杂度,节省了电路的设计面积。实测结果表明,功放在两个频段内饱和输出功率分别为55.6 dBm和55.4 dBm,饱和漏极效率分别高于67%和66%。功率回退8 dB时,漏极效率分别为56%与53%。同时,在2.05 GHz附近的输出功率与漏极效率远低于两个工作频段,使功率放大器实现了较好的带间隔离性,满足了移动通信系统双频段工作的需求。     

基于新型输出结构的宽带高效率功率放大器

提出一种具有新型匹配网络的宽带高效率功率放大器,以及利用开路扇形微带线构成的紧凑型输出匹配网络,并给出了阻抗推导过程。该输出匹配网络在一定带宽条件下能满足晶体管的高效率所对应的阻抗设计空间要求。为了进一步拓展带宽,采用阶跃式阻抗匹配方法设计输入匹配网络。通过理论分析与仿真,最后设计并制作了一款频段为1~3.1 GHz的宽带高效率J类功率放大器。测试结果表明,在该频段内漏极效率为61.4%~70.2%,输出功率为39.3~41.7 dBm,增益为9.3~11.7 dB。     

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。     

基于逆F类的非对称Doherty功率放大器设计

随着5G时代的到来,大容量、高速率通信使得信号具有很高的峰均比。本文设计了一款工作在n78频段的大回退、高效率的逆F类(F^-1)非对称Doherty功率放大器。在载波功放、峰值功放的负载牵引中加入F^-1类谐波抑制网络,使其成为具有高效率的F^-1类功放,并且将载波功放后的阻抗逆变器改变为多阻抗匹配网络以提高回退过程中的效率。仿真结果表明在3.4-3.6GHz频段内,F^-1类非对称DPA饱和输出功率在41dBm左右,饱和平均效率大于70%,回退6dB时平均效率在50%以上,回退9.5dB时平均效率仍在43%以上。