250 W三路高功率Doherty放大器的設計

摘要：為了提高數字電視發射機的效率，采用一種新型的三路Doherty電路。基于傳輸線理論和有源負載牽引理論，推導出三路Doherty的工作原理，同時利用ADS設計一個雙三路Doherty電路，并用于數字電視發射機。仿真結果表明，該放大器在功率回退9．1 dB時，出現第一個效率峰值點，在整個回退范圍內具有3個效率峰值點。實測結果表明，在610 MHz中心頻率和54 dBm輸出功率下，該放大器的效率可達41．2％。
關鍵詞：數字電視發射機；功率放大器；三路Doherty電路；效率峰值點

0 引言
現代通信系統和數字電視系統中，各種先進技術的使用，使得信號具有很高的峰均比。為了滿足線性要求，射頻功率放大器必須工作在深度回退狀態，因此效率很低，進而增加系統散熱成本，也給系統穩定性帶來嚴峻考驗。目前，提出的效率增強技術有包絡消除與恢復技術(EER)、包絡跟蹤技術(ET)、利用非線性元件線性放大技術(LINC)和Doherty技術等。Doherty技術由于結構簡單，易于實現，得到了廣泛應用。
然而傳統的兩路對稱Doherty其高效率的動態范圍為6 dB，對于具有更高峰均比的信號，其提高效率的性能是有限的。為了進一步提高Doherty的效率，采用的結構有非對稱結構和多路結構。其中，非對稱結構雖然可以拓展高效率范圍，但其效率在兩個峰值點之間明顯下降；而多路結構不但能拓展效率范圍，并且有多個效率峰值點，具有更高的效率。本文將介紹兩種結構的三路Doherty電路，然后基于傳輸線理論和有源負載牽引理論推導出它們的工作原理；同時利用ADS設計一個新型的應用在數字電視發射機上的250 W雙三路Doherty電路。仿真及實驗結果表明，該電路在峰均比為10 dB的OFDM數字電視信號下，輸出功率為250 W時，效率可達41．2％。

1 三路Doherty的工作原理
傳統的三路Doherty電路如圖1所示，文獻已經詳細推導了其工作原理。理論上該電路在一定的功率回退范圍內有3個效率峰值點，但其存在的問題是：當輸出功率達到一定水平時，主功放的負載調制作用中斷而處于深度飽和狀態，從而引起嚴重的線性問題；同時當所選器件功率比為1：1：1時，第一個效率峰值點出現的位置同兩路對稱Doherty一樣，在回退6 dB處時，該結構并不能拓寬高效率的范圍，只是在回退6 dB的范圍內進一步改善效率。

本文將介紹一種新型的三路Doherty電路，它能充分發揮負載阻抗的調制作用；同時，當器件功率比為1：1：1時，它能在更大回退范圍內獲得高效率。新型三路Doherty的結構如圖2所示，它同樣由1個主功放和2個峰值功放組成，與傳統三路不同的是它將兩路Doherty中的峰值功放再用一個Doherty結構代替；同時為了保持各路功放輸出相位的一致，在主功放和峰值功放2輸入端加入了90°傳輸線。