【正文】 真所得的IMD3和IMD5響應(yīng)曲線圖。(i) DPA雙音信號的IMD3(dBc)圖 (ii) DPA雙音信號的IMD5(dBc)，從圖中可以看出DPA的互調(diào)失真性能比較差，失真是由于主管的低偏壓條件引起的，偏壓的優(yōu)化對于主管和副管所產(chǎn)生失真的抵消至關(guān)重要。 DPAⅠ與典型AB類功放雙音信號的 IMD3比較圖Ⅰ功放的性能比較，從比較圖中可看出在未改變其他射頻性能的情況下DPAⅠ表現(xiàn)出更加優(yōu)越的PAE響應(yīng)。 DPAⅠ與AB類功放的射頻響應(yīng) Doherty Ⅱ（B類＋C類）前面已探討了DohertyⅠ PAE響應(yīng)的改善空間，將主管更換為B類管子成為一個明顯的選擇，Doherty Ⅱ為B類和C類管子并聯(lián)組成，設(shè)計步驟與Doherty Ⅰ非常類似，從表中可以注意到在Doherty Ⅱ中副管采用了偏壓稍微更大()的C類管子。 Doherty功放的偏壓點與DPAⅠ不相同的是DPAⅡ在功率回退后PAE表現(xiàn)出比較明顯的峰值，(i)的m2點可以看出。%，P1dB為40dBm的時候PAE為68%,其主要原因雖可歸結(jié)為主管B類的偏壓，但副管更大的偏壓同樣起到不可忽視的作用，為了獲得主管更好的飽和響應(yīng)需對副管的偏壓進行優(yōu)化。（i) DohertyⅡ單音信號的PAE響應(yīng)(ii) DohertyⅡ單音信號的增益響應(yīng)（ii）所示，主管產(chǎn)生過大的互調(diào)導(dǎo)致增益響應(yīng)線性度惡化，通過對主管飽和響應(yīng)的調(diào)節(jié)可使其線性度變好，(iii)所示為DPAⅡ的1dB壓縮點，同時也體現(xiàn)出比較平滑的增益響應(yīng)。(iii) DohertyⅡ單音信號的1dB壓縮點DPAⅡ與典型B類功放也做了響應(yīng)比較，(i)和(ii)，DohertyⅡ的PAE在功率回退后比典型B類功放高出25%,三階互調(diào)失真曲線在寬頻輸出功率范圍內(nèi)相接近。(i) DPAⅡ與典型B類功放單音信號的PAE比較圖(ii) DPAⅡ與典型B類功放雙音信號的IMD3(dBc)比較圖 Doherty結(jié)構(gòu)的比較前面已經(jīng)做了DohertyⅠ和DohertyⅡ功放性能的比較，(i)，DohertyⅡ功放在整個輸出功率范圍內(nèi)表現(xiàn)出更高的效率，(ii)為IMD3比較圖，雖然DPAⅠ和DPAⅡ的IMD3在高功率電平相類似，但在低功率電平段DPAⅠ表現(xiàn)出更好的性能。(i)DPAⅠ與DPAⅡ雙音信號的PAE(dBc)比較圖(ii)DPAⅠ與DPAⅡ雙音信號的IMD3(dBc)比較圖 負載調(diào)制的重要性Doherty功放的特性在于其PAE響應(yīng)在功率回退后達到一個初始峰值并一直保持直到達到管子達到峰值功率，這初始峰值出現(xiàn)在主管飽和副管開始工作的時刻，從圖中可以看出，實際設(shè)計的功放效率比理論分析的結(jié)果要稍微低了，其原因可歸結(jié)為在理論分析中的主管和副管為理想管子，主管在轉(zhuǎn)折點之前（最大輸出功率回退6dB點）須起到理想的電流控制作用，而在轉(zhuǎn)折點之后變?yōu)殡妷嚎刂谱饔?；副管須在轉(zhuǎn)折點之前保持開路，而在轉(zhuǎn)折點之后起到控制電流的作用，所以在轉(zhuǎn)折點之前副管不會影響到主管，故在這點上出現(xiàn)了一個PAE最高點。 理論DPA與DPAⅠ的PAE曲線圖而實際上，Doherty功放中的副管晶體管具有很多分路和反饋電容，使輸出阻抗表現(xiàn)為電抗性從而減少了其電阻值，這會導(dǎo)致主管的功率泄漏到副管中從而影響到負載調(diào)制，所以副管的S22在轉(zhuǎn)折點上不是完全開路的。，在最大輸出功率回退6dB點副管的輸出阻抗接近400 Ohms，這在低功率電平很容易影響到主管的性能。 主管和副管在不同輸出功率電平的輸出阻抗從主管泄漏到副管的功率將會導(dǎo)致效率變差，寄生反饋使得副管的輸出阻抗變得復(fù)雜，再加上分路上的電容，使得很難達到純阻性的負載調(diào)制，同時這也會影響到功率匹配，針對這種情況曾提出了有很多種方案[Yang02]，最普遍的方法就是使用功率匹配電路和副管的偏移傳輸線來對輸出阻抗進行變換以接近于開路。 DPA中主管偏壓的影響DPAⅠ和DPAⅡ的仿真結(jié)果體現(xiàn)出Doherty結(jié)構(gòu)中主管和副管的管子類型選擇的重要性，這一段將分析DohertyⅠ中主管偏壓的影響，副管的偏壓保持為C類的偏壓(Vgc=)。 每一種管子所對應(yīng)的偏壓值圖 Doherty結(jié)構(gòu)中隨主管偏壓的變化的PAE響應(yīng)圖(~)(i)~，從圖中可以看出效率有個明顯的下降，尤其在功率回退范圍隨著主管門限電壓的下降（接近于A類管子），副管為C類管子使DPA在最大輸出功率保持效率不變，(ii)~。(ii) Doherty結(jié)構(gòu)中隨主管偏壓變化的PAE響應(yīng)圖(~)(iii) Doherty結(jié)構(gòu)中隨主管偏壓變化的增益響應(yīng)圖(~) DPA副管偏壓的影響Doherty功放的性能主要取決于有源器件的負載阻抗，如前面所說的，副管給主管充當(dāng)有源負載，當(dāng)輸入功率增加時副管將開始改變主管的負載，換而言之，當(dāng)主管處于壓縮狀態(tài)副管電流必須加大來改變負載阻抗。在這種條件下，如果副管為C類，其負載值達不到理論中的最大值，所以總輸出功率會降低，從這些缺陷可以同樣推出當(dāng)副管為B類和AB類偏壓時的分析結(jié)果。（i） DPA單音信號的PAE響應(yīng)(Vgp從4V~)當(dāng)主管為AB類管子并在恒定偏壓下工作時，以下分析當(dāng)副管分別采用AB類，B類和C類，副管偏壓變化時分析其整體性能，(i)為當(dāng)副管采用不同類型管子時所對應(yīng)的PAE響應(yīng)曲線圖，當(dāng)副管為C類時，其PAE在6dB回退點上超過了55%，而當(dāng)副管為AB類和B類時，其PAE在同一回退點上只能分別達到30%和50%，所以在副管采用C類管子時6dB回退點上的其效率達到最大值。 (ii) DPA單音信號的增益響應(yīng)曲線圖(~)(iii)為副管偏壓變化時所能達到的最大輸出功率對比圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)C類所對應(yīng)的偏壓電平下的輸出功率與B類相比要少很多，同樣可以看到越靠近C類偏壓曲線會出現(xiàn)IMD3稍微變大和線性變得更差，(iv)為副管分別采用AB類，B類和C類時的IMD3(dBc)比較圖。(iii) DPA單音信號輸入功率對應(yīng)輸出功率曲線圖(iv) DPA雙音信號的IMD3響應(yīng)曲線圖從以上的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)副管的高偏壓電平可以帶來更好的線性度和更高的輸出功率，但這將使DPA負載調(diào)制和提升效率的帶寬變窄，相比之下，(i)低偏壓電平在線性度條件相同的條件下依然能夠改善回退效率。所以在基站DPA的設(shè)計中應(yīng)該考慮到優(yōu)化后的偏壓電平所對應(yīng)的最高效率與線性度之比的特性，在高效率應(yīng)用中，DPA會與線性系統(tǒng)一起使用，來達到與典型功放一樣的線性度。 結(jié)論在這一章，實現(xiàn)了兩種不同的DPA結(jié)構(gòu)并做了詳細比較，同時也討論了兩種DPA的仿真結(jié)果，結(jié)果顯示在輸出峰值功率為10W時可以達到最大效率65%。分析了在輸入信號范圍內(nèi)的射頻性能，實踐得出所設(shè)計功在6dB回退點其功率額外效率接近于55%，與響應(yīng)的典型功放相比提高了15%。最后，分析了在線性度和效率優(yōu)化中主管和副管偏壓電平的各種不同組合。第六章 總結(jié)和結(jié)論 總結(jié)項目實現(xiàn)了基站收發(fā)系統(tǒng)中用于WCDMA規(guī)范的Doherty功放，涉及內(nèi)容包括采用LDMOS晶體管如何實現(xiàn)兩級Doherty功放，如何實現(xiàn)Doherty結(jié)構(gòu)，并提到了與典型功放和其他效率改善技術(shù)相比各種指標特性的提升空間。在這篇論文中討論了最普遍的典型功率如AB類，B類和C類以及在提高效率方面的最新可行方案，引用真空管設(shè)計的功放詳細討論了Doherty結(jié)構(gòu)的理論分析，根據(jù)理論分析的結(jié)果，在UMTS頻段使用理想LDMOS晶體管完成了，設(shè)計仿真的結(jié)果與理想Doherty功放及對應(yīng)的典型功放作對比，分析了主管和副管偏壓對整體性能的影響，以及如何調(diào)節(jié)偏壓電平來更好地抵消主管和副管產(chǎn)生的諧波。最后，討論如何調(diào)節(jié)主管和副管的門限偏壓來兼顧提高效率和盡量避免對線性度的惡化。 結(jié)論此項科研驗證了設(shè)計在功率回退6dB區(qū)域保持高效率的兩級Doherty功放方案的可行性，并與典型功放設(shè)計相比具備比較可觀的線性度，本項科研的重要成果如下：面向WCDMA指標中，在功率回退6dB點上PAE達到55%，對主管和副管進行偏壓電平的優(yōu)化以達到最好的線性效率比特性 未來的趨勢本項目未能做出徹底全面的研究，以下的趨勢也許能代表它未來的發(fā)展方向：a)、針對本次科研設(shè)計的Doherty結(jié)構(gòu)，在改善線性方面依然會用到前饋或數(shù)字預(yù)失真，因為與其他功放結(jié)果相比較它表現(xiàn)出更差的線性度；b）、在未來對線性度的改進可通過運用導(dǎo)數(shù)重疊原理來達到，這種方案將涉及到N路Doherty結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)主要是為了抵消主管和副管產(chǎn)生的互調(diào)失真。參考文獻：《EFFICIENCY ENHANCEMENT OF BASE STATION POWER AMPLIFIERS USING DOHERTY TECHNIQUE》，作者： Charles W. Bostian, Chair52 / 52