《Doherty技术在基站放大器改善效率中应用技术 .docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Doherty技术在基站放大器改善效率中应用技术 .docx（50页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精品名师归纳总结内部资料，留意保密Doherty 技术在基站放大器改善效率中的应用V1.0认证测试工程师培训教材可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结术语 3摘要 7第一章介绍 71、前言 72、科研目的 73、文章架构 8林惠帆译目 录 Table of Contents可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其次章射频功率放大器81、功放管类型的选择8a) A 类 9b) B 类 9c) AB 类 10d) C 类 11e) 其他高效率类型 112、放大器的特性 11a) 线性度 11b) 线性的测量 11c) 1dB 压缩点 12d) 互调失真 12e) 三阶截止点 1
2、3f) 效率 13g) 噪声 143、LDMOS 功放管 144、结论 15第三章 Doherty 功率放大器 15 1、介绍 152、Doherty 功放的历史 163、接受真空管的典型DPA17 4、现代的 Doherty 功放 185、负载牵引技术 186、四分之一波长传输线197、特性阻抗的运算218、工作原理 23a) 第一阶段 24b) 其次阶段 24c) 第三阶段 259、Doherty 结构的性能 26 10、优缺点 2611、结论 27第四章设计与实现271、前言 272、WCDMA指标 273、设计结构 274、类型的选择 285、设计过程 29a) 设计功放管的通路29b
3、) 直流分析 29c) 优化负载阻抗的方法30d) 输入和输出匹配 31e) 偏压 32f) 设计输出合路器 32可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结6、设计的实现 347、结论 34第五章仿真和优化341、前言 352、Doherty 功放 35a) 单音信号的仿真结果35b) 双音信号的仿真结果383、Doherty（ B 类 C 类） 39 4、Doherty 结构的比较 425、负载调制的重要性426、DPA 中主管偏压的影响447、DPA 副管偏压的影响 458、结论 47第六章总结和结论471、总结 482、结论 483、将来的趋势 48术语3GThird Genera
4、tion Cellular Systems ACIAdjacent Channel Interference ACPRAdjacent Channel Power Ratio BPSKBinary Phase Shift Keying CDMACode Division Multiple Access DPADoherty Power AmplifierEEREnvelope Elimination and Restoration QAMQuadrature Amplitude Modulation EVMError Vector MagnitudeGMSKGaussian Minimum S
5、hift KeyingGSMGlobal System for Mobile Communications IIP3Third Order Intercept PointLDMOS Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor LINCLinear Amplification Using Non-linear CoOIP3Output Intercept Point可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结PAEPower Added EfficiencyQPSKQuadrature Phase Shift KeyingWCDMAWideban
6、d Code Division Multiple Access Cds- 漏- 源电容Cdu- 漏- 衬底电容Cgd- 栅- 源电容Cgs- 漏- 源电容Ciss-栅短路共源输入电容Coss- 栅短路共源输出电容Crss-栅短路共源反向传输电容D- 占空比（占空系数，外电路参数） di/dt-电流上升率（外电路参数） dv/dt-电压上升率（外电路参数） ID-漏极电流（直流）IDM- 漏极脉冲电流IDon-通态漏极电流IDQ- 静态漏极电流（射频功率管）IDS-漏源电流IDSM- 最大漏源电流IDSS- 栅- 源短路时，漏极电流IDSsat-沟道饱和电流（漏源饱和电流）IG-栅极电流（直流）
7、 IGF-正向栅电流IGR- 反向栅电流IGDO- 源极开路时，截止栅电流IGSO- 漏极开路时，截止栅电流IGM- 栅极脉冲电流IGP- 栅极峰值电流IF- 二极管正向电流IGSS- 漏极短路时截止栅电流可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结IDSS1- 对管第一管漏源饱和电流IDSS2- 对管其次管漏源饱和电流Iu- 衬底电流Ipr- 电流脉冲峰值（外电路参数）gfs-正向跨导Gp- 功率增益Gps- 共源极中和高频功率增益GpG- 共栅极中和高频功率增益GPD- 共漏极中和高频功率增益ggd- 栅漏电导gds-漏源电导K- 失调电压温度系数Ku- 传输系数L- 负载电感（外电路
8、参数）LD- 漏极电感Ls-源极电感rDS- 漏源电阻rDSon-漏源通态电阻rDSof-漏源断态电阻rGD- 栅漏电阻rGS- 栅源电阻Rg- 栅极外接电阻（外电路参数） RL- 负载电阻（外电路参数） Rthjc-结壳热阻Rthja-结环热阻PD- 漏极耗散功率PDM- 漏极最大答应耗散功率PIN- 输入功率POUT- 输出功率PPK- 脉冲功率峰值（外电路参数）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结toon-开通推迟时间tdoff-关断推迟时间ti-上升时间ton-开通时间toff-关断时间tf-下降时间trr-反向复原时间Tj-结温Tjm-最大答应结温Ta- 环境温度Tc-
9、管壳温度Tstg-贮成温度VDS- 漏源电压（直流） VGS- 栅源电压（直流） VGSF-正向栅源电压（直流） VGSR- 反向栅源电压（直流）VDD- 漏极（直流）电源电压（外电路参数） VGG- 栅极（直流）电源电压（外电路参数） Vss-源极（直流）电源电压（外电路参数） VGSth-开启电压或阀电压 V（ BR） DSS- 漏源击穿电压V（ BR） GSS- 漏源短路时栅源击穿电压VDSon-漏源通态电压VDSsat-漏源饱和电压VGD- 栅漏电压（直流） Vsu- 源衬底电压（直流） VDu- 漏衬底电压（直流） VGu- 栅衬底电压（直流） Zo- 驱动源内阻-漏极效率（射频功率
10、管）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Vn- 噪声电压aID-漏极电流温度系数ards-漏源电阻温度系数摘要在无线通讯系统中放大器属于典型的高功耗子系统。在当今频谱资源有限的时代，日新月异的技术要求以最小的频谱量来完成最大量的数据通信，而这需要先进的调制技术来掩盖更广的范畴和更高的动态线性。虽然已实现了线性功放，但往往其成本比较高，在现代无线通讯应用中，例如WCDMA使用的带高峰均比的非衡定量包络调制技术。线性已成为一个关键指标，在这方面的应用上放大器得工作在饱和状态的功率回退区域。所以，为了克服供电电源寿命的限制，设计一种能够在宽频输入电平内保持高效率的功放已成为首选的解决方案
11、。本文探讨了一种改善线性功放宽带输出中的漏级效率技术如A 类或 AB 类。 Doherty技术接受了 2 个并联的放大管，这种组合方法提高了主功放在最大输出功率回退6dB 后的额外效率。功放管类型的选择（A 类、 AB类、 B 类或 C类等）及设计技术在本文做了介绍。在第4 章中提出了 2.14GHz Doherty功放的设计。这项技术在压缩点回退6dB 后将额外效率提升了15%，这类功放可应用于WCDM的A 发射站中。第一章 介绍1、 前言在当今如 IS-95 ，CDMA-2000大多数应用中，功放的高效率和线性度已成为最重要的指标，但这两项指标在功放设计中相互冲突，在当今日新月异的设计技术
12、中如何在宽频范畴内保持高效率成为设计功放中最具挑战性的任务。在当今频谱资源有限的时代，要求以最小的频谱使用量来完成最大量的数据通信，这需要先进的调制技术来掩盖更广的范畴和更高的动态线性。虽已实现了线性功放，但往往其成本比较高。在现代无线通讯标准中为了达到高数据传输率和频谱效率，通常会应用到非恒定量包络调制技术如QPSK。为了中意在发射动态范畴中的线性度，运用于此系统的功放须工作于饱和回退区域，这会降低功放的效率同时减短了供电电源的寿命。目前解决此问题的方法主要运用复杂的先进线性技术来设计非线性高效率功放。2、 科研目的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结在这项科研中，接受Doher
13、ty技术高效率功放未中意3G WCDM在A 线性方面的严格要求。此项科研目的如下：1、 详细分析接受一样状态器件与接受真空管进行典型设计的不同Doherty功放。2、 接受 Motorola HV_FET晶体管来设计两级Doherty功放的详细方法。3、 设计和仿真如何实现两类不同的接受HV4处理技术 LDMOS管，运用于 WCDM和A 频率为 2.14GHz 带宽为 5MHz的 Doherty功放。4、 分析 Doherty功放中主管和副管对效率和线性的影响。5、 有关提高 Doherty功放线性的技术文献的分析3、 文章架构此报告有两项重要目的：第一，向读者介绍两级Doherty功放的原理
14、，其次，与典型的功率设计做比较并探讨其性能。报告内容的支配如下：其次章争辩了在功放设计中常用的方法论和设计中会涉及到的常见设计参数的简洁说明。同时提到了LDMOS管的一些重要特性。第三章主要描述了Doherty技术的原理和接受真空管设计Doherty功放的历史，并带有有关一个理想Doherty功放工作的争辩。第四章详细描述了如何使用LDMOS FETs来设计两级 Doherty功放。第五章争辩了接受两种不同的Doherty设计实现的仿真结果。对比分析了接受典型设计方法的性能。最终得出此项科研的结论。其次章 射频功率放大器1、 功放管类型的选择使用于收发电路中的LDMOS功放管，其角度变化为非线
15、性变化，而该特性取决于管子的类型。在输入信号不变的情形下，输出电流的会随LDMOS的门限偏压做谐振变化。在一些应用当中，对于部分特定的输入信号而言这或许是需要的，而这特定的输入信号对管子的类型起了准备作用。在这章中将争辩Doherty功放中常用到的四种类型，图2.1 为不同类型放大管的传输性能和特性。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2.1不同类型放大管的工作特性a) A 类A 类放大管的偏压在输入处于关断和饱和之间的区域变化，集电极的电流在输出信号的整个环路360 变化。图 2.2A类功放的传输特性如图 2.1 所示靠近晶体管中频点的偏移区被称为工作区。A 类放大管与其他类
16、型的管子相比可供应最大线性度。b) B 类B 类放大管的集电极 （漏级） 电流只在射频信号的半波内变化，直流工作点的门限电流设为零并不外加 射频信号，这可通过管子的截止电压偏置来完成，任何流经管子的电流直接进入负载。更精确的说，B 类放可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结大器的工作角度保持在180或输出信号半周。 B 类功放管经常应用于使用2 个并联晶体管的推挽放大电路中，每个晶体管放大一半射频信号。图 2.3 B类放大管的传输特性（ Grig00 ）由此看来，与同等的A 类放大管相比 B 类的效率几乎是它的2 倍。虽然它的结构大大改进了效率，但是它只能应用于对线性要求不是很高的放
17、大器。通常，电流的波形显现比较严肃的失真同时需要一个高电路来复原正弦波。c) AB 类AB类功放的工作点设在靠近截止区域，集电级在射频信号的180360之间导通。 AB类功放的线性度接近于 A 类， 效率接近于 B 类。这在权衡线性度和效率要求之后可对选择AB 类功放的工作点。 AB类放大器也常被使用在推挽放大电路中用来克服B 类的交叉失真。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2.4AB类放大器的传输特性d) C 类C类放大器的漏级导通于少于半周的输入信号。C 类直流工作点设在低于截止区域，使部分输入信号克服源门限交叉点的反向偏量。与前面所提到的类型相比，虽然C类线性最差但是其
18、效率为最高。e) 其他高效率类型其余具备高效率特性类型的仍有C，D，E 和 F。这些类型适合于应用恒量包络调制技术和线性要求不是很苛刻的应用中。在提高功放效率方面，Doherty技术涉及到的类型有A 类和 AB 类。2、 放大器的特性a) 线性度射频放大器本身属非线性，在收发链路中为失真产物的主要来源，它的非线性产物会影响到频谱的利用，它的非线性来源于在高输入电平、管子工作于饱和状态时，放大器会显现压缩现象。b) 线性的测量放大器的非线性可归结于增益压缩和谐波失真导致信号放大时产生交调产物，它取决于各种特定的调制和应用技术，用于衡量线性度的指标有： dB 压缩点三阶互调失真三阶截止点（ IIP
19、3 ）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结邻道功率比（ ACPR）矢量幅度误差（ EVM）c) 1dB 压缩点功率的非线性表现在信号输入接近饱和点、输出达到饱和状态时，放大器的增益会下降或被压缩。输出 dB 压缩点（ Pout,1dB ）可懂得为从它线性的区域开头，增益被压缩1dB 时的输出电平，图1.5 为典型放大器输入和输出的关系图，1dB 压缩点的 Pin,1dB与相应的输出功率之间的关系如下：其中 G1,dB 为压缩点的增益。图 2.5 1dB压缩点输出功率和输入功率的关系曲线图d) 互调失真互调失真是引起主信号失真、互调变差的现象，由于它们很靠近于主信号，三阶互调产物对信
20、号具有较大的影响，我们所不需要的频谱重量如谐波可被滤掉，但三阶互调由于太靠近主信号而无法被滤掉，图2.6 为一个双音信号的互调失真现象。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2.6一个双音信号的频谱从上图我们可以得出，三阶互调的幅度可以由以下公式得出其中 Pout,IMD 代表三阶互调产物的输出功率。e) 三阶截止点另一个用于衡量线性的重要指标为截止点。它定义为特定失真的线性延长线与输入输出功率比的线性延长线的交点，图2.7 为三阶互调与输入输出功率比的关系图 2.7三阶截止点f) 效率可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结功放效率定义为将直流功率转化为射频功率的才能，
21、在普遍使用中有三种定义，漏级效率为射频输出功率与输入的直流功率比功率额外效率与输入信号功率有关，可以表达为：PAE一般用于分析功放高增益时的性能，最终得到整体效率为：此表达式对于各种性能的运算都有用。g) 噪声噪声在功率设计不是一项很重要的性能指标，系统的噪声系数可以表达为：从以上公式可以看出噪声系数取决于前几级，功放一般为发射链路的最终一级，所以对整个系统的噪声影响比较小。3、LDMOS 功放管LDMOS属于 N 沟道增强型 MOSFET，s 管子交叉段专为高频高压的情形下做低寄生容性之用，沟道的长度准备了管子的工作频段， 沟道越短线性越好， LDMOS管在高功率通讯中应用于代替双级型晶体管
22、， 它在更宽的频段范畴可以达到更高的增益、更低的三阶互调失真和更高的工作效率。具备这些特性的LDMOS管削减了射频功放的增益层级并带来了更高的效率，图 2.8 为 LDMOS管与双级型晶体管的性能比较图。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2.8 LDMOS管 实线 和 BJT 虚线 的性能比较曲线图 AB 类功放的增益和线性曲线图优越的线性度使 LDMOS晶体管能够完全中意 3G标准对线性度的严格要求，与以前的 0.8um 技术相比， LDMOS管很大程度上削减功耗， 使 3G 基站达到 50%的高功率密度， 使 WCDM的A 效率提高了 6%-8%和增益提高了 2dB。4、
23、 结论移动通讯系统中收发器的性能主要取决于功放的性能，高增益、高线性、良好的稳固性以及高效率为上等功放的特性。前面提到了这项科争辩的目的是在不考虑线性要求的情形下，接受Doherty结构设计WCDM频A 段 2.11GHz-2.17GHz的高效率功放，以下章节将会详细分析Doherty技术及其仿真设计和仿真结果。第三章 Doherty功率放大器1、 介绍功放的最高效率点显现在功率压缩点邻近，其中最普遍的标准如GSM，它接受了包络调制技术如GMS，K这种调制技术保证了发射信号的包络为衡定量和通讯系统中的放大器工作于接近饱和但未显现失真的状态。另外，现代的标准如EDGE通过使用如 BPSK， QP
24、SK和 QAM等调制技术做到更有效的数据传输，这些技术所产生的非衡定量包络信号要求放大器工作在从压缩状态回退36dB 的线性区域，这有可能引起相邻频道的干扰（ ACI）从而很难达到高效率。调幅信号放大器主要有两个缺点: 第一，在功放工作于满功率时调制信号会显现失真现象。其次，只能在单载波的情形达到最高效率，并往往接近于器件的最大额定功率。解决以上两个问题的方法就是如何在可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结线性高效率工作区域提高效率。曾有人提出了几种提高效率的方案，Doherty放大器被认为是正确选择，由于其他方案如Kahn, 动态包络跟踪或接受线性度较高的元器件，不仅提高了成本而且
25、带宽也窄。包络排除和复原技术是综合使用高效率包络放大器和非线性功放来达到高效率和高线性度的放大器。这类放大器由去包络限幅器和高效率非线性功放如C 类或 D 类组成， 作为恒定幅度相位调制载波的放大级。恒定量包络使非线性放大器可工作于压缩点邻近但未显现失真现象，从而达到提高效率的目的。最终，高线性功放的幅度调制将复原相位调制信号的包络。包络跟踪是一种类似于ERR技术的方案，当功放进入线性模式，它会通过动态变化的电压来储备功率，射频功率带有幅度和相位信息，线性度的好坏完全取决于后级放大器。虽然包络跟踪的性能要比线性功放好，但是仍是比不上Kahn 和 EER技术。图 2.1 汇总了普遍应用于提高效率
26、的几种技术的效率比较图。虽然ERR和 LINC 技术可做好更好的性能，但是从曲线可以看出它们所对应的结构更加复杂，且需一段繁琐而难以实现的调试过程。靠着Doherty技术实现的简洁性，它是将来最有可能成为高效率功放的实现方案。这章详细描述了如何运用现代晶体管的Doherty来完成功放设计，并与运用真空管的典型功放设计做 比较，运用 Doherty技术的负载牵引原理通过分三个阶段来说明Doherty技术。为了更好的懂得，本文所引用的数据均源于理想情形下的Doherty技术。图 3.1几种效率改善技术的功放性能对比分析图2、 Doherty功放的历史Doherty功放的设计理念最早由贝尔试验室的W
27、illiamH.Doherty提出的， 它最原始的设计是接受真空可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结管，那时候的晶体管不像现代所使用的，带有额外的栅级以把握其传输电导。第一个 Doherty电路是在 1936 年无线工程学院的年度大会上提出的，第一个应用于电路的晶体管是在1938 年安装于 WHASinLouisville,Kentucky 的一个 50kW的设备上。图3.2 为早在 1940 年杂志上接受真空管的 Doherty功放示意图。图 3.2接受真空管的Doherty 功放电路图3、 接受真空管的典型DPA当负载电压达到最大时，真空管也达到最高效率，但是接受真空管的功放只
28、能在调制峰值的瞬时电压电平达到最大，保持功放33%的平均效率。对于典型的功放而言，在大多数时间段电压幅度都比较小，为明白决此问题，有必要开发一个能够供应高电压幅度的方案。问题的解决方案是通过增加输出功率同时保持一个高恒量交变电压从而获得高效率。所以，第一要求交变电压达到高电平后，随着输入功率的加大高电压电平须始终保持不变，而Doherty电路成为此问题的解决方案。在 Doherty所接受的电路中，其中一个真空管在电压电平下放大载波功率从而保证高效率，另外一个管子在调制峰值时供应额外的电压。精确的说，如图3.2 ，假如管子 1 供应最大电压给负载，那么与管子1并联的管子 2 将会在调制峰值时供应
29、额外的电压。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3.3接受真空管的高效率DPA结构图图 3.3 为带阻抗变换网络的Doherty电路，它的作用会在下文做详细说明。4、 现代的 Doherty功放最简洁的 Doherty电路由主管和副管两个管子构成，管子的输出通过一段四分之一波长的阻抗变换传输线进行并联。当主管饱和时副管传输电流，从而削减了主管输出端的阻抗。所以利用负载牵引原理主管在饱和时会传输更大的电流。由于主管已靠近最大输入功率回退6dB 的饱和区域，功放这范畴内会保持高效率。以下章节将详细说明电阻牵引原理、四分之一传输线的作用以及Doherty功放的工作原理。图 3.4 D
30、oherty功放的结构图5、 负载牵引技术负载牵引技术是在供电时通过相位相干源来转变射频负载的阻抗或电抗，当射频负载为无源器件时可不遵循此原理，以下将分析说明Cripps所提出的观点。依据电路基本理论，当电源2 不供电而电源1 供电时，图中的电阻阻值为R可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3.5 负载牵引示意图假如电源 2 开头与电源 1 一起供电后，电阻的电压为：由于其次个电源给负载供应了额外电流，从电源1 看去的电阻阻值将变为同样道理，从电源2 看去的电阻阻值可以写为在带有幅度、相位单位的电流和电压以及带电抗、阻抗单位的器件的电路以上理论照旧成立，所以方程 3.3 可以写为
31、假如 I2 与 I1 同相 Z1 可以变得很大，假如 I2 与 I1 反相 Z1 可以变得很小。假如将以上电路的电源替换为射频功放管的输出传输电导，负载牵引技术理论可以应用到晶体管上。所以当两个晶体管并联时，其中一个管子可以通过适当的偏压来转变从另外一个管子所观看到的阻抗。这种理论可以延长到由两个不同管子所组合的 Doherty 结构在不同环境、不同偏压的应用当中。6、 四分之一波长传输线如图 3.4 所示， Doherty 功放在主管和负载 R 之间需要进行阻抗变换以进行合理的负载调制， 大部分设可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结计方案都使用到四分之一波长传输线。图 3.6 2
32、路 DPA 示意图图 3.6 中的四分之一波长传输线的阻抗可表示为：开放矩阵，从图 3.6 中可得出 Vp 为最终的输出电压，并受主管电流的影响，所以从整体来看线性度只跟主管的特性有关，副管在电压下降的时刻保持主管电压电平不变。表达式可转换为：由 I1 与 Ip 的关系得所以得出副管放大器的峰值电压运算公式为：前面所说明的 DPA工作原理可帮忙懂得四分之一波长传输线的作用，它能够在主管电压达到饱和时使可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结主管阻抗削减，从而加大电流来保证效率不变。7、 特性阻抗的运算正如前面所争辩的， Doherty技术理论正是为了提高放大器在更宽频范畴内的效率，而一
33、般情形下只能在电压电平的峰值其效率才能达到最大，解决这个问题的方案可通过主管的预饱和、四分之一波长传输线和副管来降低主管的阻抗，从而保护主管的最大电压电平，该理论将会在下面章节做详细的说明。在分析 Doherty功放的工作原理之前，有必要先分析四分之一波长传输线的特性阻抗Ztl ，与图 3.7 中的功放模块负载Zload 。图 3.9 为理想情形下主管和副管的特性电流和电压，从图中可以看出主管输出电 压 Vm，在最大电压值Vmax回退 6dB 的范畴内为确定量。假设“ n”代表6dB 回退范畴，其值为0 和 1， 1代表最大输入功率，它中意图3.7 中争辩的负载牵引理论，图 3.7 中的四分之
34、一传输线中的阻抗为：由于将（ 3.10 ）中的 I0 替换掉得：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3.7 DPA电路替换掉 3.12中的 Z0 得：主管输出电压 V1 可表示为：合并方程得：从图 3.9 中的特性曲线图依据最大电流Imax/2 可以得出在 6dB 回退范畴内电流与n 值之间的关系为：替换掉电流值可得：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结简化以上方程：正如前面所说的， 在 6dB 回退范畴内效率的提高需要保持V1 不变，所以需独立出因数n, 从以上方程可以得出：为了简化 Doherty的结构，四分之一波长传输线的特性阻抗需为负载阻抗的两倍，这使主管在
35、电流只有最大电流一半的时候照旧能达到最大电压。8、 工作原理Doherty的工作原理通过三个阶段来做分析，即低、中、高电平，图3.8 所示为 DPA的结构框架图，副管前面的四分之一波长变换器补偿在主管前的阻抗变换中所引起的相位转换。图 3.8 DPA 的结构架构可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3.9 DPA 的特性电流和电压如图 3.9 所示为理想情形下在输入信号的整个范畴内主管和副管的特性电压和电流波形图，副管 A2 的转折点 P 上的工作原理前面已做了说明。a) 第一阶段低电平输出信号（PoutP）在低电平输入时，副管处于关闭状态，主管接收全部的输入信号，同时主管也起到
36、把握源电流的作用，如图 3.10所示，副管的无限大阻抗使主管的阻抗为Ropt 的两倍，当电流达到峰值的一半时高输出阻抗会使主管进入预饱和状态，由于电压已达到峰值，虽然管子未达到最大功率但是系统已工作在最大效率。图 3.10 DPA 工作的第一阶段b) 其次阶段可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结中电平信号输出（Pout=P）当主管达到饱和状态，适当的偏压将会转变副管的电流开头工作，这时副管将把握电流源而主管把握电压源。依据负载牵引理论，副管电流的增加将使从四分之一波长传输线观看的阻抗Rout 变大，如图 3.8所示。四分之一波长传输线的特性阻抗可以表示为：因此 Rout 变大将使从
37、主管看的Rin 变小，从而使主管在输出电压未达到饱和前就已保持不变，并同时加大主管的输出电流，如图3.9 所示。输出电流的增加也提高了输出功率。图 3.11 DPA 工作的其次阶段当电压电平接近于饱和时效率也接近到最大值，随着输入信号的加大，副管的输出阻抗将始终下降， 同时主管和四分之一波长传输线的阻抗将会加大。c) 第三阶段高电平信号输出（TPoutPmax）图 3.12 DPA 工作的第三阶段可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结随着输出信号的增加，负载功率将始终上升，直到副管饱和。一旦达到最大值，主管和副管的阻抗将等于四分之一波长传输线的阻抗Ropt ，如图 3.12 所示，
38、主管电流在这电平上已达到最高点，输出功率也达到峰值。所以在加大输入时，副管在始终调剂负载来阻挡主管进入饱和状态，从而保持最大效率输出。9、 Doherty结构的性能Doherty功放在转折点 T 和满功率上会显现最大PAE，图 3.13 为理想情形下功率额外效率曲线图。效率曲线在回退6dB 区域中的小斜线是由于副管的低效率引起的，假设主管为 B 类放大器， Doherty结构能够在功率回退 6dB 范畴内效率达到 78.5%，两路 Doherty功放的效率见RaabRaab00 。以上公式在运算不同输入电压下的效率会很有用，所以，Doherty结构最适用于峰均比在610dB 左右的非衡定量包络
39、调制系统。图 3.13 效率曲线图，实线 Doherty PA, 虚线典型 B 类 PA10 、优缺点Doherty功放的优点和缺点在过去很多文献中争辩过Yang02 ，以下将与其他效率改善方案做比较。比较突出的优点：高效率： Doherty功放基于负载牵引技术，接受四分之一波长传输线传输，比其他如 EER方案能够做到更高的效率，在输出功率回退6dB 的区域范畴内 PAE较高时，这些放大器仍可工作在失真较低的线性区域。线性方案的实现：结构简洁，常见的线性方案使Doherty功放在前馈和预失真中简洁实现。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结方案简易： Doherty利用了简洁的射频技
40、术如负载牵引技术，而且不牵涉任何用于排除包络，复原包络和跟踪包络的包络牵引电路等复杂的技术。Doherty结构也有一些缺点如增益衰退， 互调失真差和带宽窄。 带宽窄是由四分之一波长传输线引起的。由于现代无线通讯的带宽都很窄，这将不会成为严肃的缺点。而增益衰退是由副管引起的，但衰退的增益在低功率电平常，与载波放大管的高增益相比它会显得比较低。另外一个比较显著的缺点就是由于副管的低偏压量所引起的互调失真，有关这问题的解决方案曾有人提出Iwam00 ，运用主管适当的偏压来达到非线性产物的抵消， N 路结构也是一种解决方案，这将在下一章中做详细争辩。另外一个比较突出的问题就是Doherty结构的阻抗匹配问题，针对此问题的解决方案也曾有人提出，通过带偏移量的传输线来调剂负载终端的实部参量。11 、结论虽然已讲解了理想的Doherty技术，但是实际中的应用要求主管和副管特性接近于理想状态，为了使不同类型的功放管与理