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1、内部资料，注注意保密密Doherrty技技术在基基站放大大器改善善效率中中的应用用V1.0认证测试工工程师培培训教材材林惠帆译目 录TTablle oof CConttentts术语4摘要8第一章 介介绍81、前言言82、科研研目的83、文章章架构9第二章 射射频功率率放大器器101、功放放管类型型的选择择10a)A类类10b)B类类11c)ABB类12d)C类类13e)其他高高效率类类型132、放大大器的特特性13a)线性性度13b)线性性的测量量13c)1ddB压缩缩点14d)互调调失真14e)三阶阶截止点点15f)效率率16g)噪声声163、LDDMOSS功放管管164、结论论17第三章
2、 DDoheertyy功率放放大器181、介绍绍182、Dooherrty功功放的历历史193、采用用真空管管的典型型DPAA194、现代代的Dooherrty功功放205、负载载牵引技技术216、四分分之一波波长传输输线227、特性性阻抗的的计算238、工作作原理25a)第一阶阶段26b)第二二阶段27c)第三三阶段289、Dooherrty结构的的性能2810、优优缺点2911、结结论30第四章 设设计与实实现311、前言言312、WCCDMAA指标313、设计计结构314、类型的的选择325、设计计过程33a)设计计功放管管的通路路33b)直流流分析33c)优化化负载阻阻抗的方方法34d
3、)输入入和输出出匹配35e)偏压压36f)设计计输出合合路器366、设计计的实现现387、结论论38第五章章 仿真和和优化391、前言言392、Dooherrty功功放39a)单音音信号的的仿真结结果39b)双音音信号的的仿真结结果423、Dooherrty （B类C类）444、Dooherrty结结构的比比较465、负载载调制的的重要性性476、DPPA中主主管偏压压的影响响497、DPPA副管管偏压的的影响508、结论论52第六章 总总结和结结论531、总结结532、结论533、未来来的趋势势53术语3G TThirrd GGeneerattionn Ceelluularr Syystee
4、ms ACI AAdjaacennt CChannnell Innterrferrencce ACPR AAdjaacennt CChannnell Poowerr Raatioo BPSK BBinaary Phaase Shiift Keyyingg CDMA CCodee Diivissionn Muultiiplee Acccesss DPA DDoheertyy Poowerr Ammpliifieer EER EEnveeloppe EElimminaatioon aand Resstorratiion QAM QQuaddratturee Ammpliitudde MModuul
5、attionn EVM EErroor VVecttor Maggnittudee GMSK GGausssiaan MMiniimumm Shhiftt Keeyinng GSM GGlobbal Sysstemm foor MMobiile CommmunnicaatioonsIIP3 TThirrd OOrdeer IInteerceept Poiint LDMOSS LLateerallly Difffussed Mettal Oxiide SemmicoonduuctoorLINC LLineear Ampplifficaatioon UUsinng NNon-linnearr Co
6、oOIP3 OOutpput Inttercceptt Poointt PAE PPoweer AAddeed EEffiicieencyy QPSK QQuaddratturee Phhasee Shhiftt Keeyinng WCDMAA Widdebaand Codde DDiviisioon MMulttiplle AAcceessCds-漏-源电容容Cduu-漏-衬衬底电容容Cgdd-栅-源源电容CCgs-漏漏-源电电容Ciiss-栅栅短路共共源输入入电容CCosss-栅短路路共源输输出电容容Crsss-栅短短路共源源反向传传输电容容D-占空空比（占占空系数数，外电电路参数数）di
7、i/dtt-电流上上升率（外外电路参参数）ddv/ddt-电压压上升率率（外电电路参数数）IDD-漏极电电流（直直流）IIDM-漏漏极脉冲冲电流IID(oon)-通通态漏极极电流IIDQ-静静态漏极极电流（射射频功率率管）IIDS-漏漏源电流流IDSSM-最大大漏源电电流IDDSS-栅栅-源短短路时，漏漏极电流流IDSS(saat)-沟沟道饱和和电流（漏漏源饱和和电流）IG-栅极电流（直流）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IDSS1-对管
8、第一管漏源饱和电流IDSS2-对管第二管漏源饱和电流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（外电路参数） LD-漏极电感Ls-源极电感rDS-漏源电阻rDS(on)-漏源通态电阻rDS(of)-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）R(th)jc-结壳热阻R(th)ja-结环热阻PD-漏极耗散功率PDM-漏极最大允许耗散功率
9、PIN-输入功率POUT-输出功率PPK-脉冲功率峰值（外电路参数）to(on)-开通延迟时间td(off)-关断延迟时间ti-上升时间ton-开通时间toff-关断时间tf-下降时间trr-反向恢复时间Tj-结温Tjm-最大允许结温Ta-环境温度Tc-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）VGS(th)-开启电压或阀电压V（BR）DSS-漏源击穿电压V（BR）GSS-漏源短
10、路时栅源击穿电压VDS(on)-漏源通态电压VDS(sat)-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（射频功率管）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讯系统中中放大器器属于典典型的高高功耗子子系统。在在当今频频谱资源源有限的时代，日日新月异异的技术术要求以以最小的的频谱量量来完成成最大量量的数据据通信，而而这需要要先进的调制技技术来覆盖更更广的范范围和更更高的动动态线性性。虽然然已实现现了线性性功放，但但往往其其成本比较较高，在现代代无线通通讯应用用中
11、，例如WWCDMMA使用用的带高峰峰均比的的非衡定量量包络调调制技术术。线性性已成为为一个关关键指标标，在这这方面的的应用上上放大器器得工作作在饱和和状态的的功率回退退区域。所所以，为为了克服服供电电电源寿命命的限制制，设计一种种能够在在宽频输输入电平平内保持持高效率率的功放放已成为为首选的的解决方方案。本文探讨了了一种改善善线性功功放宽带带输出中中的漏级效效率技术术如A类类或ABB类。DDoheertyy技术采采用了22个并联联的放大大管，这这种组合合方法提提高了主主功放在在最大输输出功率率回退66dB后后的额外外效率。功功放管类型的的选择（AA类、ABB类、B类或C类等）及及设计技技术在本
12、本文做了了介绍。在在第4章章中提出出了2.14GGHz Dohhertty功放放的设计计。这项项技术在在压缩点点回退66dB后后将额外外效率提提升了115%，这这类功放放可应用于WWCDMMA的发发射站中中。第一章 介介绍1、 前言在当今如IIS-995，CCDMAA-20000大大多数应应用中，功功放的高高效率和和线性度度已成为为最重要要的指标标，但这两两项指标标在功放放设计中中互相冲冲突，在在当今日日新月异异的设计计技术中中如何在在宽频范范围内保保持高效效率成为为设计功功放中最具挑战战性的任任务。在当今频谱谱资源有有限的时时代，要要求以最最小的频谱谱使用量量来完成成最大量量的数据据通信，这
13、需要要先进的调调制技术术来覆盖更更广的范范围和更更高的动动态线性性。虽已实实现了线线性功放放，但往往往其成本本比较高。 在在现代无无线通讯讯标准中中为了达达到高数数据传输输率和频频谱效率率，通常会会应用到到非恒定定量包络络调制技技术如QQPSKK。为了了满足在在发射动动态范围围中的线线性度，运运用于此此系统的的功放须须工作于于饱和回回退区域域，这会降低低功放的的效率同同时减短短了供电电电源的的寿命。目目前解决决此问题题的方法法主要运运用复杂杂的先进进线性技技术来设设计非线线性高效效率功放放。2、 科研目的在这项科研研中，采采用Dooherrty技技术高效效率功放放未满足足3G WWCDMMA在
14、线线性方面面的严格格要求。此此项科研研目的如如下：1、 详细分析采采用一致致状态器器件与采采用真空空管进行行典型设计计的不同同Dohhertty功放放；2、 采用Mottoroola HV_FETT晶体管管来设计计两级DDoheertyy功放的的详细方方法；3、 设计和仿真真如何实实现两类类不同的的采用HHV4处处理技术术LDMMOS管管，运用用于WCCDMAA和频率率为2.14GGHz带带宽为55MHzz的Dooherrty功功放；4、 分析Dohhertty功放放中主管管和副管管对效率率和线性性的影响响；5、 有关提高DDoheertyy功放线线性的技技术文献献的分析析3、 文章架构此报告
15、有两两项重要要目的：第一，向向读者介介绍两级级Dohhertty功放放的原理理，第二二，与典典型的功功率设计计做比较较并探讨讨其性能能。报告告内容的的安排如如下：第二章讨论论了在功放设设计中常常用的方法论和和设计中中会涉及及到的常常见设计计参数的的简单解解释。同同时提到到了LDDMOSS管的一一些重要要特性。第三章主要要描述了了Dohhertty技术术的原理理和采用用真空管管设计DDoheertyy功放的的历史，并并带有有有关一个个理想DDoheertyy功放工工作的讨讨论。第四章详细细描述了了如何使使用LDDMOSS FEETs来来设计两两级Dooherrty功功放。第五章讨论论了采用用两种
16、不不同的DDoheertyy设计实实现的仿仿真结果果。对比比分析了了采用典典型设计计方法的的性能。最最后得出出此项科科研的结结论。第二章 射射频功率率放大器器1、 功放管类型型的选择择使用于收发发电路中中的LDDMOSS功放管管，其角度变变化为非非线性变变化，而而该特性性取决于于管子的的类型。在输入入信号不不变的情情况下，输输出电流流的会随随LDMMOS的的门限偏偏压做谐振振变化。在在一些应应用当中中，对于于部分特特定的输输入信号号而言这也也许是需需要的，而这特定定的输入入信号对对管子的的类型起起了决定定作用。在在这章中中将讨论DDoheertyy功放中中常用到到的四种种类型，图2.1为不同类
17、类型放大大管的传传输性能能和特性性。图2.1不同类类型放大大管的工工作特性性a) A类A类放大管管的偏压在输入入处于关关断和饱饱和之间间的区域域变化，集集电极的电流流在输出出信号的的整个环环路(3360)变化化。图2.2 A类类功放的的传输特特性如图2.11所示靠近近晶体管管中频点的偏偏移区被称为为工作区区。A类类放大管管与其他他类型的的管子相相比可提提供最大大线性度度。b) B类B类放大管管的集电电极（漏级级）电流流只在射射频信号号的半波波内变化化，直流工工作点的的门限电电流设为为零并不不外加射射频信号号，这可通通过管子子的截止止电压偏置置来完成成，任何何流经管管子的电电流直接接进入负负载。
18、更更确切地地说，BB类放大大器的工工作角度度保持在在1800或输出出信号半半周。BB类功放放管经常常应用于于使用22个并联联晶体管管的推挽挽放大电电路中，每每个晶体体管放大大一半射射频信号号。图2.3 B类放放大管的的传输特特性（GGrigg00）由此看来，与与同等的A类放大大管相比比B类的效率率几乎是是它的22倍。虽虽然它的的结构大大大改进进了效率率，但是是它只能能应用于于对线性性要求不不是很高高的放大大器。通通常，电电流的波波形出现现比较严严重的失失真同时时需要一一个高电路来来恢复正正弦波。c) AB类AB类功放放的工作作点设在在靠近截截止区域域，集电电级在射射频信号号的18803660之
19、间导导通。AAB类功功放的线线性度接接近于AA类，效效率接近近于B类。这这在权衡衡线性度度和效率率要求之之后可对对选择AAB类功功放的工工作点。AB类放放大器也也常被使使用在推推挽放大大电路中中用来克服服B类的交交叉失真真。图2.4AB类放放大器的的传输特特性d) C类C类放大器器的漏级级导通于于少于半半周的输输入信号号。C类直流流工作点点设在低低于截止止区域，使使部分输输入信号号克服源源门限交交叉点的的反向偏偏量。与与前面所所提到的的类型相相比，虽虽然C类线性性最差但但是其效效率为最最高。e) 其他高效率率类型其余具备高高效率特特性类型型的还有有C，D，E和F。这些些类型适适合于应应用恒量量
20、包络调调制技术术和线性性要求不不是很苛苛刻的应应用中。在在提高功功放效率率方面，Dohhertty技术术涉及到到的类型型有A类和ABB类。2、 放大器的特特性a) 线性度射频放大器器本身属属非线性性，在收发发链路中中为失真真产物的的主要来来源，它的非非线性产产物会影影响到频谱的的利用，它它的非线线性来源源于在高高输入电电平、管子工工作于饱和状状态时，放大大器会出出现压缩缩现象。b) 线性的测量量放大器的非非线性可可归结于于增益压压缩和谐谐波失真真导致信号号放大时时产生交调调产物，它取决决于各种种特定的的调制和和应用技技术，用于衡衡量线性性度的指指标有：dB压缩缩点三阶互调失失真三阶截止点点（I
21、IIP3）邻道功率比比（ACCPR）矢量幅度误误差（EEVM）c) 1dB压压缩点功率的非线线性表现现在信号号输入接近近饱和点点、输出达到到饱和状状态时，放放大器的的增益会会下降或或被压缩缩。输出出dBB压缩点点（Poout,1dBB）可理解解为从它它线性的的区域开开始，增益被被压缩11dB时的的输出电电平，图1.5为典型放大大器输入入和输出出的关系系图，11dB压压缩点的的Pinn,1ddB与相相应的输输出功率率之间的的关系如如下：其中G1,dB为为压缩点点的增益益。图2.5 1dBB压缩点点输出功功率和输输入功率率的关系系曲线图图d) 互调失真互调失真是是引起主主信号失失真、互调变差差的现
22、象象，由于于它们很很靠近于于主信号号，三阶阶互调产产物对信信号具有有较大的的影响，我们所不需要的频谱分量如谐波可被滤掉，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。图2.6 一个双双音信号号的频谱谱从上图我们们可以得得出，三三阶互调调的幅度度可以由由以下公公式得出出其中Pouut,IIMD代代表三阶阶互调产产物的输输出功率率。e) 三阶截止点点另一个用于于衡量线线性的重重要指标标为截止止点。它它定义为为特定失失真的线性延长长线与输输入输出出功率比比的线性性延长线线的交点点，图22.7为为三阶互互调与输入输出出功率比比的关系系图2.7 三阶截截止点f) 效率功放
23、效率定定义为将将直流功功率转化化为射频频功率的的能力，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效率与输输入信号号功率有有关，可可以表达达为：PAE一般般用于分分析功放放高增益益时的性性能，最最后得到到整体效效率为：此表达式对对于各种种性能的的计算都都有用。g) 噪声噪声在功率率设计不不是一项项很重要要的性能能指标，系统的噪声系数可以表达为：从以上公式式可以看看出噪声声系数取取决于前前几级，功功放一般般为发射射链路的的最后一一级，所所以对整整个系统统的噪声声影响比比较小。3、 LDMOSS功放管管LDMOSS属于NN沟道增增强型MMOSFFETss，管子子交叉段
24、段专为高高频高压压的情况况下做低低寄生容容性之用用，沟道道的长度度决定了了管子的的工作频频段，沟沟道越短短线性越越好，LLDMOOS管在在高功率率通讯中中应用于于代替双双级型晶晶体管，它它在更宽宽的频段段范围可可以达到到更高的的增益、更更低的三三阶互调调失真和和更高的的工作效效率。具具备这些些特性的的LDMMOS管管减少了了射频功功放的增增益层级级并带来来了更高高的效率率，图22.8为为LDMMOS管管与双级级型晶体体管的性性能比较较图。图2.8 LDMMOS管管(实线线)和BBJT(虚线)的性能能比较曲曲线图(AB类类功放的的增益和和线性曲曲线图)优越的线性性度使LLDMOOS晶体体管能够够
25、完全满满足3GG标准对对线性度度的严格格要求，与与以前的的0.88um技技术相比比，LDDMOSS管很大大程度上上减少功功耗，使使3G基站站达到550%的的高功率率密度，使使WCDDMA的的效率提提高了66%-88%和增增益提高高了2ddB。4、 结论移动通讯系系统中收发器器的性能能主要取取决于功功放的性性能，高高增益、高高线性、良好的稳定性以及高效率为上等功放的特性。前面提到了这项科研究的目的是在不考虑线性要求的情况下，采用Doherty结构设计WCDMA频段(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 DDoheert
26、yy功率放放大器1、 介绍功放的最高高效率点点出现在在功率压压缩点附附近，其中最普普遍的标标准如GGSM，它它采用了了包络调调制技术术如GMMSK，这种调调制技术术保证了了发射信信号的包包络为衡衡定量和通通讯系统统中的放放大器工工作于接接近饱和和但未出现现失真的的状态。另另外，现现代的标标准如EEDGEE通过使使用如BBPSKK，QPPSK和和QAMM等调制制技术做做到更有有效的数数据传输输，这些技技术所产产生的非衡定量包络络信号要要求放大大器工作作在从压缩状态态回退336ddB的线性性区域，这有可能能引起相相邻频道道的干扰扰（ACCI）从从而很难难达到高高效率。调幅信号放放大器主主要有两两个
27、缺点点:第一，在在功放工工作于满满功率时时调制信信号会出出现失真真现象；第二，只只能在单单载波的的情况达达到最高高效率，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线性高效率工作区域提高效率。曾有人提出出了几种种提高效效率的方方案，Dohhertty放大大器被认认为是最最佳选择择，因为其其他方案案如Kaahn,动态包包络跟踪踪或采用用线性度度较高的的元器件件，不仅仅提高了了成本而而且带宽宽也窄。包络消除和和复原技技术是综综合使用用高效率率包络放放大器和和非线性性功放来来达到高高效率和和高线性度度的放大大器。这这类放大大器由去去包络限限幅器和和高效率率非线性性功放如如C类或或
28、D类组组成，作作为恒定定幅度相相位调制制载波的的放大级级。恒定量包络络使非线线性放大大器可工工作于压压缩点附附近但未未出现失失真现象象，从而达达到提高高效率的的目的。最最后，高高线性功功放的幅幅度调制制将恢复复相位调调制信号号的包络络。包络络跟踪是是一种类类似于EERR技技术的方方案，当当功放进进入线性性模式，它会通过过动态变变化的电电压来存存储功率率，射频频功率带带有幅度度和相位位信息，线线性度的的好坏完完全取决决于后级级放大器器。虽然然包络跟跟踪的性性能要比比线性功功放好，但但是还是是比不上上Kahhn和EEER技技术。图图2.11汇总了了普遍应用用于提高高效率的的几种技技术的效效率比较较
29、图。虽虽然ERRR和LLINCC技术可可做好更更好的性性能，但是从从曲线可可以看出出它们所对对应的结结构更加加复杂，且需一一段繁琐琐而难以实实现的调调试过程程。凭着着Dohhertty技术术实现的的简单性性，它是是未来最最有可能能成为高高效率功功放的实实现方案案。 这章具体体描述了了如何运用用现代晶晶体管的的Dohhertty来完完成功放放设计，并并与运用用真空管管的典型型功放设计计做比较较，运用Dooherrty技技术的负载牵牵引原理理通过分三三个阶段段来解释释Dohhertty技术术。为了了更好的的理解，本本文所引引用的数数据均源源于理想想情况下下的Dooherrty技技术。 图3.1 几
30、种效效率改善善技术的的功放性能能对比分分析图2、 Doherrty功功放的历历史Doherrty功功放的设设计理念念最早由由贝尔实实验室的的Willliaam HH.Dooherrty提提出的，它它最原始始的设计计是采用用真空管管，那时候候的晶体体管不像像现代所所使用的的，带有额额外的栅级以控制其其传输电电导。第一个Dooherrty电电路是在在19336年无无线工程程学院的的年度大大会上提提出的，第一个个应用于于电路的的晶体管管是在119388年安装装于WHHAS in Louuisvvillle, Kenntuccky的的一个550kWW的设备备上。图图3.22为早在在19440年杂杂志上
31、采采用真空空管的DDoheertyy功放示意意图。图3.2 采用真真空管的的Dohhertty功放放电路图图3、 采用真空管管的典型型DPAA当负载电压压达到最最大时，真空管管也达到到最高效效率，但但是采用用真空管管的功放放只能在在调制峰峰值的瞬瞬间电压压电平达达到最大大，保持持功放333%的的平均效效率。对对于典型型的功放放而言，在在大多数数时间段段电压幅幅度都比比较小，为为了解决决此问题题，有必必要开发发一个能能够提供供高电压压幅度的方方案。问题的解决决方案是是通过增增加输出出功率同同时保持持一个高高恒量交变电电压从而而获得高高效率。所所以，首首先要求求交变电电压达到到高电平平后，随着着输
32、入功功率的加加大高电压电平平须一直直保持不不变，而而Dohhertty电路路成为此此问题的的解决方方案。在Doheertyy所采用用的电路路中，其其中一个个真空管管在电压压电平下放大载波波功率从从而保证证高效率率，另外外一个管管子在调调制峰值值时提供额额外的电电压。确确切地说说，如图图3.22，如果果管子11提供最大大电压给给负载，那么与与管子11并联的的管子22将会在在调制峰峰值时提供额额外的电电压。图3.3 采用真真空管的的高效率率DPAA结构图图图3.3为为带阻抗抗变换网网络的DDoheertyy电路，它它的作用用会在下下文做详详细说明明。4、 现代的Dooherrty功功放最简单的DD
33、oheertyy电路由由主管和和副管两两个管子子构成，管子的的输出通通过一段段四分之之一波长长的阻抗抗变换传传输线进进行并联联。当主主管饱和和时副管管传输电电流，从从而减少少了主管管输出端端的阻抗抗。所以以利用负负载牵引引原理主主管在饱饱和时会会传输更更大的电电流。由由于主管管已靠近近最大输输入功率率回退66dB的的饱和区区域，功功放这范范围内会会保持高高效率。以以下章节节将详细细解释电电阻牵引引原理、四分之一传输线的作用以及Doherty功放的工作原理。图3.4 Dohhertty功放放的结构构图5、 负载牵引技技术负载牵引技技术是在供电电时通过过相位相相干源来来改变射射频负载载的阻抗抗或电
34、抗抗，当射频频负载为为无源器器件时可可不遵循循此原理理，以下将分析解释释Criippss所提出出的观点点。根据据电路基基本理论论，当电电源2不不供电而而电源11供电时，图图中的电电阻阻值值为R图3.5负负载牵引引示意图图如果电源22开始与与电源11一起供电电后，电电阻的电电压为：由于第二个个电源给给负载提提供了额外电电流，从从电源11看去的的电阻阻阻值将变变为同样道理，从从电源22看去的的电阻阻阻值可以以写为在带有幅度度、相位单位位的电流流和电压压以及带带电抗、阻抗单位位的器件件的电路路以上理理论依然然成立，所所以方程程3.33可以写写为如果I2与与I1同同相Z11可以变变得很大大，如果果I2
35、与与I1反反相Z1可可以变得得很小。如果将以上上电路的电电源替换换为射频频功放管管的输出出传输电电导，负负载牵引引技术理理论可以以应用到到晶体管管上。所所以当两两个晶体体管并联联时，其其中一个个管子可可以通过过适当的偏压来改改变从另另外一个个管子所所观察到到的阻抗抗。这种种理论可可以延伸伸到由两个不不同管子子所组合合的Dooherrty结结构在不不同环境境、不同偏压压的应用当当中。6、 四分之一波波长传输输线如图3.44所示，DDoheertyy功放在在主管和和负载RR之间需需要进行行阻抗变变换以进进行合理理的负载载调制，大大部分设设计方案案都使用用到四分之之一波长长传输线线。图 3.66 2
36、路路DPAA 示意意图图3.6中中的四分分之一波波长传输输线的阻阻抗可表表示为：展开矩阵，从图3.66中可得得出Vpp为最后后的输出电电压，并受主主管电流流的影响响，所以以从整体来来看线性性度只跟跟主管的的特性有有关，副副管在电电压下降降的时刻刻保持主主管电压压电平不不变。表达式可转转换为：由I1与IIp的关关系得所以得出副副管放大大器的峰值电电压计算算公式为：前面所解释释的DPPA工作作原理可可帮助理理解四分分之一波波长传输输线的作作用，它它能够在在主管电电压达到到饱和时时使主管管阻抗减减少，从而加加大电流流来保证证效率不不变。7、 特性阻抗的的计算正如前面所所讨论的的，Dooherrty技
37、技术理论论正是为为了提高放大大器在更更宽频范范围内的的效率，而而一般情情况下只只能在电电压电平平的峰值值其效率才能能达到最最大，解解决这个个问题的的方案可可通过主主管的预预饱和、四分之之一波长长传输线线和副管来来降低主管管的阻抗，从而维维持主管管的最大大电压电电平，该该理论将将会在下下面章节节做详细细的解释释。在分析Dooherrty功功放的工工作原理理之前，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为理想情况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的范围内为一定量。假设“n”代表6dB回退
38、范围，其值为0和1，1代表最大输入功率，它满足图3.7中讨论的负载牵引理论，图3.7中中的四分分之一传传输线中中的阻抗抗为：由于将（3.110）中中的I00替换掉掉得：图 3.77 DPPA 电电路替换掉(33.122)中的的Z0得得：主管输出电电压V11可表示示为：合并方程得得：从图3.99中的特特性曲线线图根据据最大电电流Immax/2可以以得出在在6dBB回退范范围内电电流与nn值之间间的关系系为：替换掉电流流值可得得：简化以上方方程：正如前面所所说的，在在6dBB回退范范围内效效率的提提高需要要保持VV1不变变，所以以需独立立出因数数n,从从以上方方程可以以得出：为了简化DDoheer
39、tyy的结构构，四分分之一波波长传输输线的特特性阻抗抗需为负负载阻抗抗的两倍倍，这使使主管在在电流只只有最大大电流一一半的时时候依然然能达到到最大电电压。8、 工作原理Doherrty的的工作原原理通过过三个阶阶段来做做分析，即即低、中、高电平平，图3.8所示示为DPPA的结结构框架架图，副副管前面面的四分分之一波波长变换换器补偿偿在主管管前的阻阻抗变换换中所引引起的相相位转换换。图 3.88 DPPA的结结构架构构图 3.99 DPPA的特特性电流流和电压压如图3.99所示为为理想情情况下在在输入信信号的整整个范围围内主管管和副管管的特性性电压和和电流波波形图，副管AA2的转折点点P上的工工
40、作原理理前面已已做了解释。a) 第一阶段低电平输出出信号（PPouttP）在低电平输输入时，副副管处于于关闭状状态，主管接接收所 有的输输入信号号，同时时主管也也起到控控制源电电流的作作用，如图33.100所示，副副管的无限大阻抗使主管的阻阻抗为RRoptt的两倍倍，当电流流达到峰峰值的一一半时高高输出阻阻抗会使使主管进入入预饱和状态态，由于于电压已已达到峰峰值，虽然管管子未达达到最大大功率但但是系统统已工作作在最大大效率。图3.100 DPPA工作作的第一一阶段b) 第二阶段段中电平信号号输出（PPoutt=P）当主管达到到饱和状状态，适适当的偏偏压将会会改变副副管的电电流开始始工作，这时副
41、副管将控控制电流流源而主主管控制制电压源源。根据据负载牵牵引理论论，副管管电流的的增加将将使从四四分之一一波长传传输线观观察的阻阻抗Roout变变大，如如图3.8所示示。四分分之一波波长传输输线的特特性阻抗抗可以表表示为：因此Rouut变大大将使从主管管看的RRin变变小，从从而使主主管在输出电电压未达达到饱和和前就已保保持不变变，并同同时加大大主管的的输出电电流，如如图3.9所示示。输出出电流的的增加也也提高了输输出功率率。图3.111 DPPA工作作的第二二阶段当电压电平平接近于于饱和时时效率也也接近到到最大值值，随着输输入信号号的加大大，副管管的输出出阻抗将将一直下下降，同时主主管和四四
42、分之一一波长传传输线的的阻抗将将会加大大。c) 第三阶段高电平信号号输出（TTPooutPmaax）图 3.112 DDPA工工作的第第三阶段段随着输出信信号的增增加，负负载功率率将一直直上升，直直到副管管饱和。一一旦达到到最大值值，主管管和副管管的阻抗抗将等于于四分之之一波长长传输线线的阻抗抗Roppt，如如图3.12所所示，主主管电流流在这电电平上已达到到最高点点，输出功功率也达达到峰值值。所以在在加大输输入时，副管在一直调节负载来阻止主管进入饱和状态，从而保持最大效率输出。9、 Doherrty结结构的性性能Doherrty功功放在转转折点TT和满功功率上会会出现最最大PAAE，图3.1
43、3为为理想情况况下功率率额外效效率曲线线图。效率曲曲线在回回退6ddB区域域中的小小斜线是是由于副副管的低低效率引引起的，假设主主管为BB类放大大器，DDoheertyy结构能能够在功功率回退退6dBB范围内内效率达达到788.5%，两路DDoheertyy功放的的效率见见RaaabRRaabb00。以上公式在在计算不不同输入入电压下下的效率率会很有有用，所以，DDoheertyy结构最最适用于于峰均比比在610ddB左右右的非衡定量包络络调制系系统。图3.133 效率率曲线图图，实线线Dooherrty PA,虚线典型B类类PA10、 优缺点Doherrty功功放的优优点和缺缺点在过过去很多
44、多文献中中讨论过过Yaang002，以下将将与其他他效率改改善方案案做比较较。比较突出的的优点：高效率：DDoheertyy功放基基于负载载牵引技技术，采采用四分分之一波波长传输输线传输输，比其他他如EEER方案案能够做做到更高高的效率率，在输出出功率回回退6ddB的区区域范围围内PAAE较高高时，这这些放大大器仍可可工作在失失真较低低的线性性区域。线性方案的的实现：结构简单单，常见的的线性方方案使DDoheertyy功放在在前馈和和预失真真中容易易实现。方案简易：Dohhertty利用用了简单单的射频频技术如如负载牵牵引技术术，而且不不牵涉任任何用于于消除包包络，恢恢复包络络和跟踪踪包络的的
45、包络牵牵引电路路等复杂杂的技术术。Doherrty结结构也有有一些缺缺点如增增益衰退退，互调调失真差差和带宽宽窄。带带宽窄是是由四分分之一波波长传输输线引起起的。由由于现代代无线通通讯的带带宽都很很窄，这这将不会成为为严重的的缺点；而增益益衰退是是由副管管引起的的，但衰退退的增益益在低功功率电平平时，与与载波放放大管的的高增益益相比它它会显得得比较低低；另外一一个比较较显著的的缺点就就是由于于副管的的低偏压压量所引引起的互互调失真真，有关这这问题的的解决方方案曾有有人提出出Iwwam000，运运用主管管适当的的偏压来达达到非线线性产物物的抵消消，N路结构构也是一一种解决决方案，这这将在下下一章中中做详细细讨论；另外一一个比较较突出的的问题就就是Dooherrty结结构的阻阻抗匹配配问题，针对此此问题的的解决方方案也曾曾有人提提出，通通过带偏偏移量的传传输线来来调节负负载终端端的实部部参量。11、 结论