基于二次谐波注入的Doherty功率放大器

摘要：针对传统Doherty放大器在提高效率后会恶化线性指标的关键问题进行了分析与讨论。提出了一种基于二次谐波注入(SHI)的Doherty结构。采用GaN功率管CGH21240的仿真模型，设计了一款Doherty功率放大器。仿真结果显示，该放大器的效率在输出大于50 dBm后可以达到47％以上，比平衡式放大器改善约15％；三阶交调在输出为53 dBm时仍低于-30 dBc；在输出为50 dBm时，比未采用二次谐波注入改善约10 dBc,，该放大器结构简单，且实现了效率和线性的同时改善。
关键词：Doherty；二次谐波注入；线性指标；功率附加效率；功率放大器

0 引言
射频功率放大器广泛用于各种无线发射设备中。效率和线性是功率放大器两个最重要的指标。设计线性高效率的功率放大器，是目前该领域研究的热点和难点。Doherty放大器是目前提高功率放大器效率中最有效和最广泛使用的技术。该放大器能够显著地提高功率回退后的效率。但是，传统的Doherty功放在效率和线性上无法同时兼顾，需要与专用的线性化技术相结合，以获得尽量大的效率提高和线性改善。但是这些结构难免比较复杂，实现也比较困难。针对以上问题，提出了一种基于二次谐波注入的Doherty结构，仿真结果验证了该结构的优越性能。

1 Doherty功率放大器设计
关于Doherty的基本工作原理，在文献中有详细描述。在具体实现Doherty结构时，为了得到尽量大的效率改善，设计关键点主要有：
(1)辅助功放的栅极偏置电压。该电压决定辅助功放的开启门限，该开启点也就是理论上效率第一次达到最大的点。
(2)输出端补偿线。辅助功放在截止时，其输出端应该表现为开路，但实际由主功放通路看进去的阻抗为一个低阻抗，这就导致主功放的输出功率有一部分会泄漏到辅助功放的支路上，这会极大地恶化增益和效率。因此，需要在辅助功放的输出匹配电路后加一段特征阻抗为50 Ω的补偿线，该补偿线的作用是将辅助功放在截止时的输出阻抗变换到一个高阻抗，以阻止主功放的输出功率泄漏到该支路上。
本文设计的Doherty结构图如图1所示。