基于二次諧波注入的Doherty功率放大器

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)Doherty放大器在提高效率后會(huì)惡化線性指標(biāo)的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了分析與討論。提出了一種基于二次諧波注入(SHI)的Doherty結(jié)構(gòu)。采用GaN功率管CGH21240的仿真模型，設(shè)計(jì)了一款Doherty功率放大器。仿真結(jié)果顯示，該放大器的效率在輸出大于50 dBm后可以達(dá)到47％以上，比平衡式放大器改善約15％；三階交調(diào)在輸出為53 dBm時(shí)仍低于-30 dBc；在輸出為50 dBm時(shí)，比未采用二次諧波注入改善約10 dBc,，該放大器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且實(shí)現(xiàn)了效率和線性的同時(shí)改善。
關(guān)鍵詞：Doherty；二次諧波注入；線性指標(biāo)；功率附加效率；功率放大器

0 引言
射頻功率放大器廣泛用于各種無(wú)線發(fā)射設(shè)備中。效率和線性是功率放大器兩個(gè)最重要的指標(biāo)。設(shè)計(jì)線性高效率的功率放大器，是目前該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。Doherty放大器是目前提高功率放大器效率中最有效和最廣泛使用的技術(shù)。該放大器能夠顯著地提高功率回退后的效率。但是，傳統(tǒng)的Doherty功放在效率和線性上無(wú)法同時(shí)兼顧，需要與專用的線性化技術(shù)相結(jié)合，以獲得盡量大的效率提高和線性改善。但是這些結(jié)構(gòu)難免比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)也比較困難。針對(duì)以上問(wèn)題，提出了一種基于二次諧波注入的Doherty結(jié)構(gòu)，仿真結(jié)果驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性能。

1 Doherty功率放大器設(shè)計(jì)
關(guān)于Doherty的基本工作原理，在文獻(xiàn)中有詳細(xì)描述。在具體實(shí)現(xiàn)Doherty結(jié)構(gòu)時(shí)，為了得到盡量大的效率改善，設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)主要有：
(1)輔助功放的柵極偏置電壓。該電壓決定輔助功放的開啟門限，該開啟點(diǎn)也就是理論上效率第一次達(dá)到最大的點(diǎn)。
(2)輸出端補(bǔ)償線。輔助功放在截止時(shí)，其輸出端應(yīng)該表現(xiàn)為開路，但實(shí)際由主功放通路看進(jìn)去的阻抗為一個(gè)低阻抗，這就導(dǎo)致主功放的輸出功率有一部分會(huì)泄漏到輔助功放的支路上，這會(huì)極大地惡化增益和效率。因此，需要在輔助功放的輸出匹配電路后加一段特征阻抗為50 Ω的補(bǔ)償線，該補(bǔ)償線的作用是將輔助功放在截止時(shí)的輸出阻抗變換到一個(gè)高阻抗，以阻止主功放的輸出功率泄漏到該支路上。
本文設(shè)計(jì)的Doherty結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。