论文研究-高效率的Doherty功率放大器设计 .pdf

Doherty功率放大器是一种高效的射频功率放大技术，适用于现代无线通信系统，以提高功率放大器的效率。该技术由贝尔实验室的William H. Doherty在1936年首次提出，并最初应用于真空管放大器。Doherty放大器的核心思想是通过两个放大器的协同工作——载波放大器和峰值放大器——来实现高效率的放大。 在理想情况下，Doherty放大器能够在较大的输入功率范围内保持较高的效率。当输入信号较小时，只有载波放大器工作，而当输入信号增强至一定程度后，峰值放大器开始工作。峰值放大器的引入会降低载波放大器所感受到的负载阻抗，从而使得输出功率得到增加。在理论情况下，当载波放大器输出达到峰值饱和时，整体放大器的效率可达到最大值π/4。如果激励增大，峰值放大器工作时，整体放大器效率能够提前达到最大值，并且效率曲线更加平坦。 Doherty放大器设计的基本步骤包括：选择合适的功率放大器元器件，设计静态工作点和偏置电路，以及进行源和负载匹配网络的设计。在设计过程中，通常会用到ADS（Advanced Design System）这样的仿真软件来进行电路设计和仿真，以优化放大器的整体性能。 在实际应用中，由于存在非理想因素，设计者通常会在载波放大器和峰值放大器后面加上补偿线，以改善在小信号时的增益和效率。通过仿真分析，补偿线的引入可以使放大器的效率提高10%，并且增益曲线变得更加平坦。 在选择功率放大器时，通常有多种器件类型可供选择，如Si双极功率晶体管、GaAs功率晶体管、LDMOS功率晶体管和GaN功率晶体管等。这些器件各有优劣，选择合适的器件需考虑如功率输出、工作频率、增益和效率等性能参数。本文中，设计者选择了LDMOSFET器件，因其在S波段具有高增益和高功率的特点。 Doherty放大器设计中的关键参数包括直流工作点的选取、阻抗匹配以及补偿线长度的选择。阻抗匹配是确保放大器与信号源以及负载之间能量传输最优化的重要环节。而补偿线的长度则关系到放大器工作时的负载阻抗调整，以及与峰值放大器的协同工作效果。 Doherty放大器相较于传统放大器，即便在功率回退的情况下也能保持较高的效率，这使得Doherty放大器在现代通信系统中具有广泛的应用前景，特别是在对功耗和能效要求日益严格的无线通信领域。通过不断优化设计，Doherty放大器技术有望在未来提供更加高效的功率放大解决方案。