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一种新型倒置doherty设计

作者:时间:2012-04-25来源:网络收藏

一 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/186525.htm

现代通讯系统的发展对功放的线性和效率提出了越来越高的要求,而功放的线性度和效率始终是相互矛盾的,为了尽量平衡他们之间的矛盾,中国电子器材深圳有限公司的射频技术团队提出了一种新型倒置技术,比较好的解决了这样一个矛盾。

二 传统Doherty放大器及新型倒置原理分析

图1:传统二路Doherty放大器原理框图

图1:传统二路Doherty放大器原理框图

传统结构如图1所示,由主管(载波放大器),辅管(峰值放大器),90度电桥,补偿线L1、L2、L3、L4,输出合路部分组成。小信号峰值放大器Z3的阻抗理想开路,载波放大器在合路部分的阻抗牵引使Z1=100欧姆,同时也使得功放漏级电阻减小一半,减小后的漏级电阻使得峰值电压减半,饱和电流不变,doherty出现第一个峰值,大信号载波放大器和峰值放大器都以最佳的阻抗匹配输出,doherty达到第二次峰值效率及最大输出功率。

图2:新型倒置二路Doherty放大器原理框图

图2:新型倒置二路Doherty放大器原理框图

新型倒置doherty跟传统经典doherty相比有以下几个不同之处,(1)新型倒置doherty输出端的四分之一波长线在辅管后面,而传统经典doherty输出端的四分之一波长线是在主管后面,所以命名为新型倒置doherty;(2)新型二路倒置doherty的主管按Z=100欧姆设计,辅管按Z=72.25欧姆设计;(3)辅管后面用了四分之一波长的特性阻抗为85欧姆的高阻抗线;(4)主管和辅管合路后已经是50欧姆了,所以不需要通过阻抗变换了。下面从它的工作过程也可以分为三个阶段:(1)当输入信号较小RFin0.5Pmax,由于辅放后面的输出端四分之一波长85欧姆的高阻抗线,辅管管的阻抗Zpeak1视为理想无穷大,Z2=50欧姆,Zmain按100欧姆设计,主管往负载看进去的阻抗为50欧姆,同时也使得功放漏级电阻增加一倍,增加后的漏级电阻使得输出电压达到峰值电压时,输出电流却只有峰值电流的一半。因此,doherty达到第一个峰值效率时的输出功率相对于满功率输出功率而言,回退了6dB。(2)当输入信号0.5Pmax≤RFin Pmax,,主管输出电压达到饱和,适当的偏置使得辅管开始工作。随着输入功率的增加,辅管输出电流增加。由有源负载牵引技术可知,Zmain的共轭阻抗开始由50欧姆往100欧姆变化,Zpeak的共轭阻抗开始由理想无穷大往72.25欧姆变化。这使得主管输出电压基本保持不变,不会产生过饱和,同时主管输出电流继续增加,主管效率保持最大值。由于从放大器工作电流未达到最大,故doherty效率有所下降,但是依然维持在较高水平。(3)当输入信号RFin= Pmax,Zmain的共轭阻抗变为100欧姆,Zpeak的共轭阻抗变为72.25欧姆,合路处的往阻抗为Zmain=100欧姆并联Zpeak=85*85/72.25=100欧姆即等于50欧姆,和Z2=50欧姆阻抗匹配,主管和辅管都以最佳匹配阻抗形式达到饱和输出,此时doherty达到最大功率输出,doherty效率也达到最大效率值,即第二个峰值效率。通过以上分析可知新型倒置doherty跟传统经典doherty相比有以下几个优势:(1)负载调制效果明显(新型倒置doherty漏级电阻是增加一倍而传统dohert漏级电阻是减小一倍);(2)减小PCB面积节省成本(新型倒置doherty不需要35欧姆1/4波长线,新型倒置doherty功放阻抗都大于50欧姆,设计匹配灵活,一般单阶匹配就可以完成)。

三 新型Doherty电路设计

图3:新型倒置Doherty原理仿真图
图3:新型倒置Doherty原理仿真图

基于ADS软件平台,选用飞思卡尔MRF8S21140H器件模型进行倒置doherty原理图仿真。整个倒置doherty的关键在于输出匹配的设计,它不仅要完成阻抗匹配,还要同时满足输出补偿线的功能,并且在小信号的时候能够达到漏极电阻增倍的目的。

四 仿真结果

图4:新型倒置Doherty仿真数据

图4:新型倒置Doherty仿真数据

图4是载波和峰值放大器的漏极偏置电压都取28V,主放大器栅极电压取2.7V(静态电流1.1A),峰放大器栅极电压取1.7V,仿真数据。由图可见,新型倒置doherty电路,在输出45.33dbm(即P-3=55.7dBm回退10.4dB)时可以获得较高的效率(32.756%),doherty输出电流等于3.623A;AM-AM测试可以得到P-1=53.6,dbm, P-3=55.7dbm,小功率输出到饱和功率曲线比较平缓;AM-PM测试可以得到在小信号输出的相位为-0.261度,在输出功率53.894dbm时输出相位为-3.351度,在输出功率55.708dbm时相位为-2.791度,从整个AM-PM发现相位失真小于3度且曲线也十分平滑,从仿真数据可以得到倒置doherty相对传统doherty具有更好的线性指标,并且效率能满足32.756%(回退10DB下)。

五 结论

W-CDMA作为第三代无线通信主流标准之一,其信号的峰均比可达10dB。目前直放站厂家的WCDMA功放基本都是采用经典doherty配合scintear公司的模拟预失真芯片SC1887来达到满足频谱模板的目的,SC1887属于模拟预失真芯片线性纠正能力有限,如果doherty本身的AM-AM,AM-PM曲线不是很理想的话,它的线性纠正的能力就会大幅度降低,针对这种情况,本文仿真设计出一种新型倒置doherty。相比传统经典doherty,它可以获得更好的AM-AM,AM-PM线性指标,如果SC1887配合这种新型倒置doherty ,ACPR指标将会有更大的改善。



关键词: doherty

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