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1、内部资料，注注意保密Doherrty技术术在基站放放大器改善善效率中的的应用V1.0认证测试工工程师培训训教材林惠帆译目 录TTablee of Conttentss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 射射频功率放放大器101、功放放管类型的的选择10a)A类类10b)B类类11c)ABB类12d)C类类13e)其他高效效率类型132、放大大器的特性性13a)线性性度13b)线性性的测量13c)1ddB压缩点点14d)互调调失真14e)三阶阶截止点15f)效率率16g)噪声声163、LDDMOS功功放管164、结论论17第三章 DDoherrty功率
2、率放大器181、介绍绍182、Doohertty功放的的历史193、采用用真空管的的典型DPPA194、现代代的Dohhertyy功放205、负载载牵引技术术216、四分分之一波长长传输线227、特性性阻抗的计计算238、工作作原理25a)第一阶段段26b)第二二阶段27c)第三三阶段289、Doohertty结构的性性能2810、优优缺点2911、结结论30第四章 设设计与实现现311、前言言312、WCCDMA指指标313、设计计结构314、类型的选选择325、设计计过程33a)设计计功放管的的通路33b)直流流分析33c)优化化负载阻抗抗的方法34d)输入入和输出匹匹配35e)偏压压36
3、f)设计计输出合路路器366、设计计的实现387、结论论38第五章 仿真和优优化391、前言言392、Doohertty功放39a)单音音信号的仿仿真结果39b)双音音信号的仿仿真结果423、Doohertty （B类C类）444、Doohertty结构的的比较465、负载载调制的重重要性476、DPPA中主管管偏压的影影响497、DPPA副管偏偏压的影响响508、结论论52第六章 总总结和结论论531、总结结532、结论533、未来来的趋势53术语3G Thhird Geneeratiion CCelluular Systtems ACI Addjaceent CChannnel IInte
4、rrfereence ACPR Addjaceent CChannnel PPowerr Rattio BPSK Biinaryy Phaase SShiftt Keyying CDMA Coode DDivission Multtiplee Acccess DPA Doohertty Poower Ampllifieer EER Ennveloope EElimiinatiion aand RRestooratiion QAM Quuadraaturee Ampplituude MModullatioon EVM Errror Vecttor MMagniitudee GMSK Gaauss
5、iian MMinimmum SShiftt Keyying GSM Glloball Sysstem for Mobiile CCommuunicaationnsIIP3 Thhird Ordeer Innterccept Poinnt LDMOSS Laateraally Difffusedd Mettal OOxidee SemmiconnducttorLINC Liinearr Ampplifiicatiion UUsingg Nonn-linnear CoOIP3 Ouutputt Intterceept PPointt PAE Poower Addeed Effficiiencyy
6、 QPSK Quuadraaturee Phaase SShiftt Keyying WCDMAA WWidebband Codee Divvisioon Muultipple AAccesssCds-漏-源源电容Cddu-漏-衬底底电容Cggd-栅-源电电容Cgss-漏漏-源电容容Cisss-栅栅短路共源源输入电容容Cosss-栅栅短路共源源输出电容容Crsss-栅栅短路共源源反向传输输电容D-占空空比（占空空系数，外外电路参数数）di/dt-电流上上升率（外外电路参数数）dv/dt-电压上上升率（外外电路参数数）ID-漏极极电流（直直流）IDDM-漏极脉冲冲电流IDD(on)-通通态漏极电
7、电流IDQQ-静静态漏极电电流（射频频功率管）IDS-漏源电流IDSM-最大漏源电流IDSS-栅-源短路时，漏极电流IDS(sat)-沟道饱和电流（漏源饱和电流）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
8、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-
9、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
10、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放放大器属于于典型的高高功耗子系系统。在当当今频谱资资源有限的时代，日日新月异的的技术要求求以最小的的频谱量来来完成最大大量的数据据通信，而而这需要先进进的调制技术术来覆盖更广广的范围和和更高的动动态线性。虽虽然已实现现了线性功功放，但往往往其成本本比较高，在现代无无线通讯应应用中，例如WCCDMA使使用的带高峰均均比的非衡定量包络络调制技术术。线性已已成为一个个关键指标标，在这方方面的应用用上放大器器得工作在在饱和状态态的功率回退区域。所所以，为了了克服供电电电源寿命命的限制，设计一种能能够在宽频频输
11、入电平内内保持高效效率的功放放已成为首首选的解决决方案。本文探讨了了一种改善线线性功放宽宽带输出中的漏级效率率技术如AA类或ABB类。Doohertty技术采采用了2个个并联的放放大管，这这种组合方方法提高了了主功放在在最大输出出功率回退退6dB后后的额外效效率。功放放管类型的选选择（A类类、AB类、B类或C类等）及设设计技术在在本文做了了介绍。在在第4章中中提出了2.114GHzz Dohhertyy功放的设设计。这项项技术在压压缩点回退退6dB后后将额外效效率提升了了15%，这这类功放可可应用于WCCDMA的的发射站中中。第一章 介介绍1、 前言在当今如IIS-955，CDMMA-2000
12、0大多多数应用中中，功放的的高效率和和线性度已已成为最重重要的指标标，但这两项项指标在功功放设计中中互相冲突突，在当今今日新月异异的设计技技术中如何何在宽频范范围内保持持高效率成成为设计功功放中最具挑战性性的任务。在当今频谱谱资源有限限的时代，要要求以最小小的频谱使使用量来完完成最大量量的数据通通信，这需要先进进的调制技技术来覆盖更广广的范围和和更高的动动态线性。虽已实现现了线性功功放，但往往其其成本比较高。 在在现代无线线通讯标准准中为了达达到高数据据传输率和和频谱效率，通常会应应用到非恒恒定量包络调调制技术如如QPSKK。为了满满足在发射射动态范围围中的线性性度，运用用于此系统统的功放须须
13、工作于饱饱和回退区区域，这会降低功放放的效率同同时减短了了供电电源源的寿命。目目前解决此此问题的方方法主要运运用复杂的的先进线性性技术来设设计非线性性高效率功功放。2、 科研目的在这项科研研中，采用用Doheerty技技术高效率率功放未满满足3G WCCDMA在在线性方面面的严格要要求。此项项科研目的的如下：1、 详细分析采采用一致状状态器件与与采用真空空管进行典典型设计的的不同Doohertty功放；2、 采用Mottorolla HVV_FETT晶体管来来设计两级级Doheerty功功放的详细细方法；3、 设计和仿真真如何实现现两类不同同的采用HHV4处理理技术LDDMOS管管，运用于于W
14、CDMMA和频率率为2.114GHzz带宽为55MHz的的Doheerty功功放；4、 分析Dohhertyy功放中主主管和副管管对效率和和线性的影影响；5、 有关提高DDoherrty功放放线性的技技术文献的的分析3、 文章架构此报告有两两项重要目目的：第一一，向读者者介绍两级级Doheerty功功放的原理理，第二，与与典型的功功率设计做做比较并探探讨其性能能。报告内内容的安排排如下：第二章讨论论了在功放设计计中常用的的方法论和设计中中会涉及到到的常见设设计参数的的简单解释释。同时提提到了LDDMOS管管的一些重重要特性。第三章主要要描述了DDoherrty技术术的原理和和采用真空空管设计D
15、Doherrty功放放的历史，并并带有有关关一个理想想Doheerty功功放工作的的讨论。第四章详细细描述了如如何使用LLDMOSS FETTs来设计计两级Doohertty功放。第五章讨论论了采用两两种不同的的Doheerty设设计实现的的仿真结果果。对比分分析了采用用典型设计计方法的性性能。最后后得出此项项科研的结结论。第二章 射射频功率放放大器1、 功放管类型型的选择使用于收发发电路中的的LDMOOS功放管管，其角度变化化为非线性性变化，而而该特性取取决于管子子的类型。在输入信信号不变的的情况下，输输出电流的的会随LDDMOS的的门限偏压压做谐振变变化。在一一些应用当当中，对于于部分特定
16、定的输入信信号而言这也许许是需要的的，而这特定的输入入信号对管管子的类型型起了决定定作用。在在这章中将将讨论Doohertty功放中中常用到的的四种类型型，图2.11为不同类型型放大管的的传输性能能和特性。图2.1不同类型型放大管的的工作特性性a) A类A类放大管管的偏压在输入处处于关断和和饱和之间间的区域变变化，集电电极的电流在在输出信号号的整个环环路(3660)变化。图2.2 A类功功放的传输输特性如图2.11所示靠近晶晶体管中频频点的偏移移区被称为工作作区。A类类放大管与与其他类型型的管子相相比可提供供最大线性性度。b) B类B类放大管管的集电极极（漏级）电电流只在射射频信号的的半波内变
17、变化，直流工作作点的门限限电流设为为零并不外外加射频信信号，这可通过过管子的截截止电压偏置来来完成，任任何流经管管子的电流流直接进入入负载。更更确切地说说，B类放大器器的工作角角度保持在在180或输出信信号半周。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类放大大管的传输输特性（GGrig000）由此看来，与与同等的A类放大管管相比B类的效率几几乎是它的的2倍。虽然然它的结构构大大改进进了效率，但但是它只能能应用于对对线性要求求不是很高高的放大器器。通常，电电流的波形形出现比较较严重的失失真同时需需要一个高高电路来来恢复正弦弦波。c) AB类
18、AB类功放放的工作点点设在靠近近截止区域域，集电级级在射频信信号的18803600之间导通通。AB类功放放的线性度度接近于AA类，效率率接近于BB类。这在在权衡线性性度和效率率要求之后后可对选择择AB类功功放的工作作点。AB类放大大器也常被被使用在推推挽放大电电路中用来克服B类的交叉叉失真。图2.4AB类放大大器的传输输特性d) C类C类放大器器的漏级导导通于少于于半周的输输入信号。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类线性最差但是其效率为最高。e) 其他高效率率类型其余具备高高效率特性性类型的还还有C，D，E和F。这些类类型
19、适合于于应用恒量量包络调制制技术和线线性要求不不是很苛刻刻的应用中中。在提高高功放效率率方面，Doheerty技技术涉及到到的类型有有A类和AB类。2、 放大器的特特性a) 线性度射频放大器器本身属非非线性，在收发链链路中为失失真产物的的主要来源源，它的非线线性产物会会影响到频谱的利用用，它的非非线性来源源于在高输输入电平、管子工作作于饱和状态态时，放大器器会出现压压缩现象。b) 线性的测量量放大器的非非线性可归归结于增益益压缩和谐谐波失真导导致信号放放大时产生交调产产物，它取决于于各种特定定的调制和和应用技术术，用于衡量量线性度的的指标有：dB压缩缩点三阶互调失失真三阶截止点点（IIPP3）
20、邻道功率比比（ACPPR）矢量幅度误误差（EVVM）c) 1dB压压缩点功率的非线线性表现在在信号输入入接近饱和和点、输出达到饱饱和状态时时，放大器器的增益会会下降或被被压缩。输输出dBB压缩点（PPout,1dB）可可理解为从它它线性的区区域开始，增益被压压缩1dB时的输输出电平，图1.55为典型放大器器输入和输输出的关系系图，1dB压压缩点的PPin,11dB与相相应的输出出功率之间间的关系如如下：其中G1,dB为压压缩点的增增益。图2.5 1dB压压缩点输出出功率和输输入功率的的关系曲线线图d) 互调失真互调失真是是引起主信信号失真、互调变差的的现象，由由于它们很很靠近于主主信号，三三阶
21、互调产产物对信号号具有较大大的影响，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 一个双音音信号的频频谱从上图我们们可以得出出，三阶互互调的幅度度可以由以以下公式得得出其中Pouut,IMMD代表三三阶互调产产物的输出出功率。e) 三阶截止点点另一个用于于衡量线性性的重要指指标为截止止点。它定定义为特定定失真的线性延长线线与输入输出功率比比的线性延延长线的交交点，图22.7为三阶互调调与输入输出功率比比的关系图2.7 三阶截止止点f) 效率功放效率定定义为将直直流功率转转化为射频频功率的能能力，在普普遍使用中中有三
22、种定定义，漏级级效率为射射频输出功功率与输入入的直流功功率比功率额外效效率与输入入信号功率率有关，可可以表达为为：PAE一般般用于分析析功放高增增益时的性性能，最后后得到整体体效率为：此表达式对对于各种性性能的计算算都有用。g) 噪声噪声在功率率设计不是是一项很重重要的性能能指标，系系统的噪声声系数可以以表达为：从以上公式式可以看出出噪声系数数取决于前前几级，功功放一般为为发射链路路的最后一一级，所以以对整个系系统的噪声声影响比较较小。3、 LDMOSS功放管LDMOSS属于N沟沟道增强型型MOSFFETs，管管子交叉段段专为高频频高压的情况况下做低寄寄生容性之之用，沟道道的长度决决定了管子子
23、的工作频频段，沟道道越短线性性越好，LLDMOSS管在高功功率通讯中中应用于代代替双级型型晶体管，它它在更宽的的频段范围围可以达到到更高的增增益、更低低的三阶互互调失真和和更高的工工作效率。具具备这些特特性的LDDMOS管管减少了射射频功放的的增益层级级并带来了了更高的效效率，图22.8为LLDMOSS管与双级级型晶体管管的性能比比较图。图2.8 LDMOOS管(实实线)和BBJT(虚虚线)的性性能比较曲曲线图(AAB类功放放的增益和和线性曲线线图)优越的线性性度使LDDMOS晶晶体管能够够完全满足足3G标准对对线性度的的严格要求求，与以前前的0.88um技术术相比，LLDMOSS管很大程程度
24、上减少少功耗，使使3G基站达达到50%的高功率率密度，使使WCDMMA的效率率提高了66%-8%和增益提提高了2ddB。4、 结论移动通讯系系统中收发器的的性能主要要取决于功功放的性能能，高增益益、高线性性、良好的的稳定性以及高效效率为上等等功放的特特性。前面面提到了这这项科研究究的目的是是在不考虑虑线性要求求的情况下下，采用DDoherrty结构构设计WCCDMA频频段(2.11GHHz-2.17GHHz)的高高效率功放放，以下章章节将会详详细分析DDoherrty技术术及其仿真真设计和仿仿真结果。第三章 DDoherrty功率率放大器1、 介绍功放的最高高效率点出出现在功率率压缩点附附近，
25、其中最普遍遍的标准如如GSM，它它采用了包包络调制技技术如GMMSK，这种调制制技术保证证了发射信信号的包络络为衡定量量和通讯系系统中的放放大器工作作于接近饱饱和但未出现失失真的状态态。另外，现现代的标准准如EDGGE通过使使用如BPPSK，QQPSK和和QAM等等调制技术术做到更有效效的数据传传输，这些技术术所产生的的非衡定量包络信信号要求放放大器工作作在从压缩状态回退336dBB的线性区区域，这有可能引引起相邻频频道的干扰扰（ACII）从而很很难达到高高效率。调幅信号放放大器主要要有两个缺缺点:第一，在在功放工作作于满功率率时调制信信号会出现现失真现象象；第二，只只能在单载载波的情况况达到
26、最高高效率，并并往往接近近于器件的的最大额定定功率。解决以上上两个问题题的方法就就是如何在在线性高效效率工作区区域提高效效率。曾有人提出出了几种提提高效率的的方案，Doheerty放放大器被认认为是最佳佳选择，因为其他他方案如KKahn,动态包络络跟踪或采采用线性度度较高的元元器件，不不仅提高了了成本而且且带宽也窄窄。包络消除和和复原技术术是综合使使用高效率率包络放大大器和非线线性功放来来达到高效效率和高线性度的的放大器。这这类放大器器由去包络络限幅器和和高效率非非线性功放放如C类或或D类组成成，作为恒恒定幅度相相位调制载载波的放大大级。恒定量包络使使非线性放放大器可工工作于压缩缩点附近但但未
27、出现失失真现象，从而达到到提高效率率的目的。最最后，高线线性功放的的幅度调制制将恢复相位位调制信号号的包络。包包络跟踪是是一种类似似于ERRR技术的方案案，当功放放进入线性性模式，它会通过动态变变化的电压压来存储功功率，射频频功率带有有幅度和相相位信息，线线性度的好好坏完全取取决于后级级放大器。虽然包络跟踪的性能要比线性功放好，但是还是比不上Kahn和EER技术。图2.1汇总了普遍应用于提高效率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。凭着Doherty技术实现的简单性，它是未来最有可能成为高
28、效率功放的实现方案。 这章具体体描述了如何何运用现代代晶体管的的Doheerty来来完成功放放设计，并并与运用真真空管的典典型功放设计做比较较，运用Dohhertyy技术的负载牵引引原理通过分三个个阶段来解解释Dohhertyy技术。为了了更好的理理解，本文文所引用的的数据均源源于理想情情况下的DDoherrty技术术。 图3.1 几种效率率改善技术术的功放性能对对比分析图图2、 Doherrty功放放的历史Doherrty功放放的设计理理念最早由由贝尔实验验室的Wiilliaam H.Doheerty提提出的，它它最原始的的设计是采采用真空管管，那时候的的晶体管不不像现代所所使用的，带有额外
29、外的栅级以控制其传传输电导。第一个Doohertty电路是是在19336年无线线工程学院院的年度大大会上提出出的，第一个应应用于电路路的晶体管管是在19938年安安装于WHHAS iin Loouisvvillee, Keentuccky的一一个50kkW的设备备上。图33.2为早早在19440年杂志志上采用真真空管的DDoherrty功放放示意图。图3.2 采用真空空管的Doohertty功放电电路图3、 采用真空管管的典型DPAA当负载电压压达到最大大时，真空管也达达到最高效效率，但是是采用真空空管的功放放只能在调调制峰值的的瞬间电压压电平达到到最大，保保持功放333%的平平均效率。对于典
30、型的功放而言，在大多数时间段电压幅度都比较小，为了解决此问题，有必要开发一个能够提供高电压幅度的方案。问题的解决决方案是通通过增加输输出功率同同时保持一一个高恒量量交变电压压从而获得得高效率。所所以，首先先要求交变变电压达到到高电平后，随着输输入功率的的加大高电压电平须须一直保持持不变，而而Doheerty电电路成为此此问题的解解决方案。在Doheerty所所采用的电电路中，其其中一个真真空管在电电压电平下放大载波功功率从而保保证高效率率，另外一一个管子在在调制峰值值时提供额外外的电压。确确切地说，如如图3.22，如果管管子1提供供最大电压压给负载，那么与管管子1并联联的管子22将会在调调制峰
31、值时时提供额外外的电压。图3.3 采用真空空管的高效效率DPAA结构图图3.3为为带阻抗变变换网络的的Doheerty电电路，它的的作用会在在下文做详详细说明。4、 现代的Doohertty功放最简单的DDoherrty电路路由主管和和副管两个个管子构成成，管子的输输出通过一一段四分之之一波长的的阻抗变换换传输线进进行并联。当当主管饱和和时副管传传输电流，从从而减少了了主管输出出端的阻抗抗。所以利用负负载牵引原原理主管在在饱和时会会传输更大大的电流。由由于主管已已靠近最大大输入功率率回退6ddB的饱和和区域，功功放这范围围内会保持持高效率。以以下章节将详细细解释电阻阻牵引原理理、四分之之一传输
32、线线的作用以以及Dohhertyy功放的工工作原理。图3.4 Doheerty功功放的结构构图5、 负载牵引技技术负载牵引技技术是在供电时时通过相位位相干源来来改变射频频负载的阻阻抗或电抗抗，当射频负负载为无源源器件时可可不遵循此此原理，以下将分析解释CCrippps所提出出的观点。根根据电路基基本理论，当当电源2不不供电而电电源1供电时，图图中的电阻阻阻值为RR图3.5负负载牵引示意图图如果电源22开始与电电源1一起起供电后，电电阻的电压压为：由于第二个个电源给负负载提供了了额外电流流，从电源源1看去的的电阻阻值值将变为同样道理，从从电源2看看去的电阻阻阻值可以以写为在带有幅度度、相位单位的
33、的电流和电电压以及带带电抗、阻抗单位的的器件的电路路以上理论论依然成立立，所以方方程3.33可以写为为如果I2与与I1同相相Z1可以以变得很大大，如果II2与I11反相Z1可以以变得很小小。如果将以上上电路的电源源替换为射射频功放管管的输出传传输电导，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改变从另外一个管子所观察到的阻抗。这种理论可以延伸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、 四分之一波波长传输线线如图3.44所示，DDoherrty功放放在主管和和负载R之之间需要进进行阻抗变变换以进行行合理的负载载
34、调制，大大部分设计计方案都使用用到四分之一一波长传输输线。图 3.66 2路DPA 示意图图3.6中中的四分之之一波长传传输线的阻阻抗可表示示为：展开矩阵，从图3.66中可得出出Vp为最最后的输出电压压，并受主管管电流的影影响，所以以从整体来看看线性度只只跟主管的的特性有关关，副管在在电压下降降的时刻保保持主管电电压电平不不变。表达式可转转换为：由I1与IIp的关系系得所以得出副副管放大器器的峰值电压压计算公式为：前面所解释释的DPAA工作原理理可帮助理理解四分之之一波长传传输线的作作用，它能能够在主管管电压达到到饱和时使使主管阻抗抗减少，从而加大大电流来保保证效率不不变。7、 特性阻抗的的计
35、算正如前面所所讨论的，DDoherrty技术术理论正是是为了提高放大器器在更宽频频范围内的的效率，而而一般情况况下只能在在电压电平平的峰值其效率才能达到最最大，解决决这个问题题的方案可可通过主管管的预饱和和、四分之一一波长传输输线和副管来降低低主管的阻抗，从而维持持主管的最最大电压电电平，该理理论将会在在下面章节节做详细的的解释。在分析Doohertty功放的的工作原理理之前，有有必要先分分析四分之之一波长传传输线的特特性阻抗ZZtl，与图3.7中的功放模模块负载Zlooad。图3.99为理想情况况下主管和和副管的特特性电流和和电压，从从图中可以以看出主管管输出电压压Vm，在最大电电压值Vmm
36、ax回退退6dB的的范围内为为一定量。假假设“n”代代表6dBB回退范围围，其值为0和和1，1代表表最大输入功率，它满满足图3.7中讨论论的负载牵牵引理论，图3.7中中的四分之之一传输线线中的阻抗抗为：由于将（3.110）中的的I0替换换掉得：图 3.77 DPAA 电路替换掉(33.12)中的Z00得：主管输出电电压V1可可表示为：合并方程得得：从图3.99中的特性性曲线图根根据最大电电流Imaax/2可可以得出在在6dB回回退范围内内电流与nn值之间的的关系为：替换掉电流流值可得：简化以上方方程：正如前面所所说的，在在6dB回回退范围内内效率的提提高需要保保持V1不不变，所以以需独立出出因
37、数n,从以上方方程可以得得出：为了简化DDoherrty的结结构，四分分之一波长长传输线的的特性阻抗抗需为负载载阻抗的两两倍，这使使主管在电电流只有最最大电流一一半的时候候依然能达达到最大电电压。8、 工作原理Doherrty的工工作原理通通过三个阶阶段来做分分析，即低低、中、高电平，图3.88所示为DDPA的结结构框架图图，副管前前面的四分分之一波长长变换器补补偿在主管管前的阻抗抗变换中所所引起的相相位转换。图 3.88 DPAA的结构架架构图 3.99 DPAA的特性电电流和电压压如图3.99所示为理理想情况下下在输入信信号的整个个范围内主主管和副管管的特性电电压和电流流波形图，副管A22
38、的转折点P上的工作作原理前面面已做了解释。a) 第一阶段低电平输出出信号（PPoutP）在低电平输输入时，副副管处于关关闭状态，主管接收收所 有有的输入信信号，同时时主管也起起到控制源源电流的作作用，如图3.10所示示，副管的的无限大阻抗使主管的阻抗抗为Roppt的两倍倍，当电流达达到峰值的一半半时高输出出阻抗会使使主管进入预饱和状态，由于于电压已达达到峰值，虽然管子子未达到最最大功率但但是系统已已工作在最最大效率。图3.100 DPAA工作的第第一阶段b) 第二阶段段中电平信号号输出（PPout=P）当主管达到到饱和状态态，适当的的偏压将会改改变副管的的电流开始始工作，这时副管管将控制电电流
39、源而主主管控制电电压源。根根据负载牵牵引理论，副副管电流的的增加将使使从四分之之一波长传传输线观察察的阻抗RRout变变大，如图图3.8所所示。四分分之一波长长传输线的的特性阻抗抗可以表示示为：因此Rouut变大将将使从主管看看的Rinn变小，从从而使主管管在输出电压压未达到饱饱和前就已保持持不变，并同同时加大主管的的输出电流流，如图33.9所示示。输出电电流的增加加也提高了输出出功率。图3.111 DPAA工作的第第二阶段当电压电平平接近于饱饱和时效率率也接近到到最大值，随着输入入信号的加加大，副管管的输出阻阻抗将一直直下降，同时主管管和四分之之一波长传传输线的阻阻抗将会加加大。c) 第三阶
40、段高电平信号号输出（TTPouutPmmax）图 3.112 DPPA工作的的第三阶段段随着输出信信号的增加加，负载功功率将一直直上升，直直到副管饱饱和。一旦旦达到最大大值，主管管和副管的的阻抗将等等于四分之之一波长传传输线的阻阻抗Roppt，如图图3.122所示，主主管电流在在这电平上上已达到最最高点，输出功率率也达到峰峰值。所以在加大大输入时，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结构构的性能Doherrty功放放在转折点点T和满功功率上会出出现最大PPAE，图3.113为理想情况下下功率额外外效率曲线线图。效率曲线线在回退66dB区域域中的
41、小斜斜线是由于于副管的低低效率引起起的，假设主管管为B类放放大器，DDoherrty结构构能够在功功率回退66dB范围围内效率达达到78.5%，两路Doohertty功放的的效率见RRaabRaabb00。以上公式在在计算不同同输入电压压下的效率率会很有用用，所以，DDoherrty结构构最适用于于峰均比在在6100dB左右右的非衡定量包络调制制系统。图3.133 效率曲曲线图，实实线Doohertty PAA,虚线典型B类PPA10、 优缺点Doherrty功放放的优点和和缺点在过过去很多文文献中讨论论过Yaang022，以下将与与其他效率率改善方案做做比较。比较突出的的优点：高效率：DDo
42、herrty功放放基于负载载牵引技术术，采用四分之之一波长传传输线传输输，比其他如如EER方方案能够做做到更高的的效率，在输出功功率回退66dB的区区域范围内内PAE较较高时，这这些放大器器仍可工作作在失真较较低的线性性区域。线性方案的的实现：结结构简单，常见的线性性方案使DDoherrty功放放在前馈和和预失真中中容易实现现。方案简易：Doheerty利利用了简单单的射频技技术如负载载牵引技术术，而且不牵牵涉任何用于消消除包络，恢恢复包络和和跟踪包络络的包络牵牵引电路等等复杂的技技术。Doherrty结构构也有一些些缺点如增增益衰退，互互调失真差差和带宽窄窄。带宽窄窄是由四分分之一波长长传输
43、线引引起的。由由于现代无无线通讯的的带宽都很很窄，这将不会成为严重重的缺点；而增益衰衰退是由副副管引起的的，但衰退的的增益在低低功率电平平时，与载波放放大管的高高增益相比比它会显得得比较低；另外一个个比较显著著的缺点就就是由于副副管的低偏偏压量所引引起的互调调失真，有关这问问题的解决决方案曾有有人提出Iwamm00，运运用主管适适当的偏压压来达到非非线性产物物的抵消，N路结构也也是一种解解决方案，这这将在下一一章中做详详细讨论；另外一个个比较突出出的问题就就是Dohhertyy结构的阻阻抗匹配问问题，针对此问问题的解决决方案也曾曾有人提出出，通过带偏偏移量的传输输线来调节负载载终端的实实部参量
44、。11、 结论虽然已讲解解了理想的的Doheerty技技术，但是是实际中的应用要要求主管和和副管特性性接近于理理想状态，为为了使不同同类型的功功放管与理理论分析中中的主管和和副管性能能相匹配，需需通过优化来达到到更高的效率和线线性度。以以下章节将将讨论Doohertty结构中中功放管在在不同类型型组合时的的性能，以以及在改善善性能中有有可能用到到的方案，下文将讨讨论有关使使用LDMMOS晶体体管来设计计2.144GHz、双双路Dohhertyy功放的详详细设计步步骤、性能分析、导数数重叠原理理、偏压的自我我调节等线性改善技术，还会提到到有可能采用用到的实现方案。第四章 设设计与实现现1、 前言
45、Doherrty技术术的基本原原理和实现现在前一章章已做了解解释，这一一章将详细细介绍它的的设计与实实现，分析如何何选择功放放管类型以以最接近和和匹配于理论Dohhertyy功放中的的主管和副管，同时时与相应典典型功放的的性能作对比。本章章详细介绍绍了两级DDoherrty结构构的设计步步骤和分析析其在UMMTS频段段的性能，如如直流仿真真、偏压点的选选择、S参数仿真真、匹配电路路的设计、负载牵引引分析以及及优化。2、 WCDMAA指标前面提到，这这个项目的的目的在于于学习和实实现应用于于WCDMMA的功放放，WCDDMA指标标也称为全球球移动通讯讯系统并成成为3GPPP规范中中的一项，它它的标准被引入入了频谱有有效调制中中的高速率率应用中。峰均比取取决于所占占用的数据据通道，因因此，高峰峰均比伴随随着高速率率。WCDDMA可以以提供高达达2Mbpps的速率，功率率峰均比接接近6dBB，比QPPSK调制制还要高。基基站放大器器在效率比较较低的饱和和状