Doherty放大器可以在很宽的动态范围内输出功率,并且具有很高的效率和卓越的线性度。Doherty放大器由载波放大器和峰值放大器组成,两者通过四分之一波长的传输线链接在一起。载波放大器通常针对线性工作进行偏置(例如A类或AB类放大器),而峰值放大器一般针对非线性工作进行偏置(例如C类放大器)。随着输入功率的增加,峰值放大器逐渐导通,从而增强载波放大器输出的功率。如果设计正确,放大器的总功率将得到提升,而且具有更好的线性性能和效率。
随着功放设计师追求高效率和低相邻通道功率比(ACPR),使用数字预失真(DPD)改善线性度正变得越来越流行。为了演示Doherty放大器的设计,本文将讨论利用AWR公司的Microwave Office电路设计软件完成的典型设计。设计的关键是如何正确地解决晶体管中的各种非线性问题。
这种放大器的设计和构建基础是恩智浦公司的晶体管技术。放大器的工作点和最优负载将用标准的拉负载技术确定。电磁(EM)仿真将用于建模放大器版图的关键部分,其中,低阻抗输出匹配部分带宽非常宽,封闭式模型可能并不准确。需要特别指出的是,输出部分将用AWR公司的平面电磁仿真器AXIEM进行仿真。虽然用于建模Doherty放大器的主要电路仿真器是谐波平衡软件,但本文还是会讨论到许多其他的仿真选择(包括电路包络仿真的使用)。
Doherty放大器可以为功率很重要的应用提供很高的功率附加效率(PAE),比如蜂窝基站应用。Doherty放大器最早是贝尔电话实验室的William H.Doherty于1936年发明的。这么多年来设计的细节已经发生了改变——包括其从真空管到作为有源器件的晶体管的演进——但基本概念一直没变。近年来Doherty放大器变得越来越流行,因为它们能够处理较大的峰均比信号,而这一点是无线应用中的典型要求。
图1显示了常见的Doherty放大器拓扑结构,其中的关键是两个并联的放大器。上面的放大器偏置在AB类状态下,而下面的放大器工作在C类。AB类放大器是设计作为线性放大器工作的,因此具有非常低的失真。遗憾的是,它的效率不高,理论上最大效率约为78.5%。 |