S波段对称与非对称Doherty功率放大器的研究

发布时间：2020-06-20 01:21

【摘要】：射频功率放大器作为通信系统中必不可少的射频组件,其主要作用是放大射频调制信号,并且其自身的优劣直接决定着该系统的性能。同时,功率放大器的效率不仅决定着放大器自身的寿命,还决定着整个系统的能耗。因此,功放效率的提高一直是功放领域研究的热点。在繁多的提高效率的技术中,Doherty技术凭借其结构简单、易于调试且不使用数字控制电路等优点,得到众多研究人员与工程师的推崇。本文根据Doherty功率放大器的基本理论,设计了两款工作于S波段的基站Doherty功率放大器。论文首先介绍了功率放大器的相关基础知识和Doherty功率放大器的基本理论,并且根据实际情况分别制定了一款驱动功放与两款Doherty功放的性能指标。其次,根据所制定的性能指标,利用ADS仿真软件,首先设计并测试了驱动级单管功放。然后分别设计了对称Doherty功率放大器的功率分配器、主放大器与辅助放大器,并且将设计完成的各部分组合,进行整体Doherty的仿真与实物加工测试。测试表明,该对称Doherty功率放大器增益达到12dB,最大输出功率处功率附加效率(Power Added Efficiency,PAE)为40%,功率回退5dB时PAE达到37%,实物测试性能部分满足设计指标,且在效率上表现优异。最后,在总结了对称Doherty功率放大器设计与测试过程中存在问题的基础上,对非对称Doherty功率放大器进行了设计与测试。在非对称Doherty功率放大器设计过程中,很好地避免了之前对称Doherty功放设计中所出现的晶体管自激振荡的问题,并顺利地完成了非对称Doherty功放的制作与测试。测试结果表明,该功率放大器的增益达到13dB,并且最大输出功率下的PAE达到42%,功率回退7dB时的PAE超过35%,实现了较好的性能。通过对比两款Doherty功率放大器性能数据可知,实物测试结果与理论分析结果一致性良好,验证了非对称Doherty功率放大器在功率回退范围上具有一定的优势,适用于具有高均峰比的通信基站。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN722.75
【图文】：

结构图,功放电路,结构图

下成为了研究的热点。本章将详细阐述和剖析 DPA的电路构造与工作原理。.1 传统对称 Doherty 原理1936 年，为了解决应用在真空管的传统调幅系统效率过低的问题，美国科 W.H.Doherty 提出了最早的 Doherty 技术。后来科研人员发现该技术可以有高 PA的效率，便开始了这方面的研究。最基本的 DPA 是由两个单管 PA 并联组成的，两款 PA 中工作在 AB 状态 PA被称作主 PA，另一个工作在 C 状态下的 PA被称作辅助 PA。两个 PA并大信号，由一个功分器将输入信号一分为二，分别输入主、辅 PA。主 PA 的端需要接一根长度为 4的传输线实现变换阻抗的作用，辅助 PA 为了保证 PA 相位相同，也需要在输入端接传输线。依据有源负载牵引理论，D基本结构虽然简单，但是能够较方便地获取较高的效率[41]。

静态工作点

初步确定漏级电压为 28V、电流为700mA。通过 ADS 软件进行偏置电压的仿真，可以找到对应的栅极电压，由图4.1 可以看出其对应的栅极电压约为 2.69V。图 4.1 静态工作点的选取4.2.2 匹配电路设计匹配电路是 PA 设计中最重要的一环，匹配电路的优劣直接影响了 PA 的性能以及后期调试的难度。晶体管的数据手册中一般都会有晶体管输入端和输出端的阻抗值，数据手册中的阻抗值具有一定的参考性，但利用 ADS 软件中的阻抗牵引模板可以得到更适合的阻抗值。本次设计选择使用软件仿真得到晶体管的阻抗值，利用软件中自带的阻抗牵引模板所得到的输出阻抗如图 4.2。图中的红线代表仿真结果更偏向效率，使用红线中心的阻抗进行阻抗匹配得到的 PA 效率更高；蓝线代表仿真结果更偏向输出功率，使用蓝线中心的阻抗进行阻抗匹配得到的 PA 输出功率更高。由于驱动级 PA 更偏向于高输出功率，本设计选择蓝色功率圆圆心的阻抗为最优阻抗进行阻抗匹配。事实上，本次阻抗牵引仿真得到的功率圆与效率圆圆心重合在一起了，所以在保证了高输出功率的同时保证了高效率。

【参考文献】