【技术分享】高效力Doherty功率放大器的设计

>2019-05-19 16:02:46 来源:CEDA
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射频功率放大器被普遍应用于各种无线通讯设备中。在通讯基站中,线性功放占其本钱比例约占1/3。高效力,低本钱的解决功放的线性化成就显得非常重要。因此高效力高线性的功放不停是功放研究的热门课题。
 
1.Doherty功率放大器应用配景
伴跟着现代无线通讯技术的高速睁开,通讯产品已经普遍的融入了人咱咱们的生活中,对人咱咱们的影响越来越大。射频功率放大器作为无线通讯体系中重要器件之一,其机能对体系终端的影响严重。无线通讯体系的模范由传统的GSM模范到第三代通讯模范WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000,和本日的第四代通讯模范LTE(Long Term Evaluation)。信号的调制办法也随之发生改变,由恒包络调制向包络变换调制办法改变。
 
例如,在WCDMA中采纳的OFDM包络变换调制办法,其传输功率有着较高的均峰比,来称心最大限度的增长体系的容量。因此必要功率放大器可以或许或许在一定的功率回退中包管PA的线性度。但是传统的功率放大器在功率回退规模内的效力很低,因此,提高基站中功率放大器在功率回退中的效力变得尤为重要。提高效力的办法有很多, Doherty功率放大器技术布局简略,性价比高等优势,早已成为基站功率放大器研究的热门。以后射频功率放大器的设计正环抱着“高效力”、“多波段”、“高线性化”的偏向睁开。
 
2.Doherty功率放大器架构
 
 
图1
 
3.Doherty功率放大器工作原理概述
Doherty布局由2个功放构成: 一个Main Amplifier(主功放),一个Peak Amplifier(辅助功放),主功放工作在AB类,辅助功放工作在B类或C类。两个功放不是轮流工作,而是主功放不停工作,辅助功放到设定的峰值才工作。主功放后面的四分之一波长线是阻抗变换,偏向是在辅助功放工作时,起到将主功放的视在阻抗减小的感化,包管辅助功放工作的时候和后面的电路构成的有源负载阻抗变低,如许主功放输入电流就变大。因为主功放后面有了四分之一波长线,为了使两个功放输入同相,在辅助功放前面也必要四分之一波长线,用以均衡二路的相位。如图1所示。
 
4.Doherty功放工作的三个阶段
Doherty技术是有源负载调制技术,主功放的负载跟着信号强度的变更而变更。从输入信号强度划分,Doherty功放的工作地区可以或许或许大致分为三个阶段:小信号阶段、中等信号阶段和大信号阶段。如图2所示。
 
 
 
 
a)小信号阶段
 
在小信号阶段,因为峰值功放工作在B类或C类,信号强度不敷以使其工作,因此其停止,呈现开路状况。主功放因为四分之一波长变换线将等效负载变为100Ω,负载电压升高,使主功放提前进入预饱和状况,效力提高。
 
b)中等信号阶段
 
当信号逐渐增强时,辅助功放开启,有源调制效应出现,主功放的等效负载由100Ω向50Ω的偏向减小(并没有到达50Ω),而主功放的电压遭到辅助功放牵制对峙预饱和状况,辅助功放的负载由开路状况向50Ω改变。
此时功放由最大效力状况向最大输入状况改变,效力维持不变(抱负环境),线性有所提高。
 
c)大信号阶段
 
跟着输入信号的逐渐增强,辅助功放和主功放的电流增大,主功放的输入电压不变(抱负环境),对峙高效力。而主功放的负载持续减小,输入功率增长,当辅助功放到达饱和时,主功放和辅助功放的电流都到达了最大值。主功放,辅助功放负载均为50Ω,输入功率到达最大。
 
5.Doherty功放的设计
a)Doherty功放的缺点和注意点
 
前面提到了Doherty布局简略和效力高的特色,但它也有不行克服的缺点,增益低落,带宽减小,敏感度高。
 
●增益低落
Doherty功放和AB类功放相比,其增益低落了2-3dB,原因是辅助功放处于C类,而末级功放的增益低落会影响到Doherty功放设计,因此在设计抉择推动级时,要考虑到增益低落带来的影响,多留出设计余量。
 
●带宽减小
颠末过程调试或许仿真可以或许或许看出,Doherty是个窄带体系,带宽小,分外是线性。调试时经常发现调好高端后,发现低端又不能称心偏向请求。原因是阻抗变换和1/4波长变换线的窄带特性导致的。
 
●敏感度高
前面提到Doherty的实质便是有源负载调制,两路功放互相影响程度较大,敏感度较高。因为这种敏感度存在,所以研发阶段应该在比较敏感的地方预留一些可调试的部分(焊盘),便于临盆中校正其离散性。
 
b)Doherty功放设计要点
 
功放重要是由功放管,偏置电路,匹配电路三部分构成,存眷的要点是效力,线性,稳固性。
 
●稳固性
不稳固是功放设计中比较忌讳的工作。轻则杂散大,重则无法正常工作。比如自激,烧LDMOS管等。其实不稳固便是放大器变成为了振荡器。设计时可以或许或许颠末过程如下措施停止防止。
 
◊ 偏置电路反馈及处理办法
 
采纳1/4波长微带线和去耦电容的办法阻止反馈回路的构成。
 
PCB板和地平面的要有足够多的螺钉固定,而且在功放管附近包管优越接地。
 
◊ 布局分腔设计
 
单个腔体中增益过高容易引起空间的耦合,加盖板影响较大。单个腔体内的增益最佳小于30dB,过高的增益必要分腔设计,两路之间要用金属隔挡,尽量长,盖板上增长屏蔽条,有用隔断减小互相影响。
 
◊ 两级级间的考虑
 
在间接级联时,放大器间的影响是不行消除的。即使单级放大器是稳固和偏向优越的,但级联效果不一定就好,这时就必要增长隔离器或许电阻衰减网络。
 
c)Doherty功放的设计思绪
 
 
◊ 按照AB类功放的办法设计输入输入匹配。
 
◊ 按照Doherty的架构组合两路功放,并加上offset线。
 
◊ 在全体架构上调剂各offset线的长度以实现高效力和高线性。
 
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