4G-LTE系統(tǒng)中反向Doherty功率放大器設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 G-LTE系統(tǒng)中反向Doherty功率放大器設(shè)計(jì) 一、引言 隨著通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，當(dāng)下各國都在加速4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的步伐。更高速，更優(yōu)質(zhì)，更靈活的眾多優(yōu)點(diǎn)，讓4G網(wǎng)絡(luò)有著無可比較的優(yōu)越性。而高數(shù)據(jù)傳輸率和多模傳輸對通信系統(tǒng)產(chǎn)生了極大影響，復(fù)雜的調(diào)制方式無疑對基站中的模塊功率放大器提出了更高的線性度要求，同時也要求更高的信道帶寬，PA的研究也成為當(dāng)今的熱門研究領(lǐng)域。DXY鼎芯長期以來在微波射頻研究領(lǐng)域也作了大量投入，涵蓋無線通信（直放站、基站、RRU、WLAN）、WIFI、CMMB、 ISM（工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療）等，公司的微波射頻實(shí)驗(yàn)室已成為NXP和清華大學(xué)微電子研究

2、所的應(yīng)用工程實(shí)驗(yàn)室，本文設(shè)計(jì)的反向Doherty功率放大器便是其中產(chǎn)品之一。 PA作為收發(fā)信機(jī)的組成部分，約占其系統(tǒng)能耗的1/3。傳統(tǒng)的基站功放是通過功率回退，單純犧牲功放效率來提升線性度。為了降低通信運(yùn)營商的運(yùn)營成本，順應(yīng)綠色通信發(fā)展大趨勢，提高PA效率的研究已是迫在眉睫。而傳統(tǒng)的DPA在功率回退一定范圍內(nèi)也能提供足夠高的效率，足見DPA的研究就顯得尤為重要。和傳統(tǒng)DPA相比，IDPA構(gòu)造峰值放大器后的1/4波長傳輸線在補(bǔ)償相位的同時，還能減少功率泄露，進(jìn)一步提高了功放效率。 二、IDPA的工作原理 傳統(tǒng)的DPA包括載波功率放大器和峰值功率放大器，載波功放工作于B類或AB類，峰值功放工作于C

3、類。載波功放一直都在工作，而峰值功放在峰值時才開啟工作。當(dāng)載波功放到達(dá)飽和態(tài)而峰值功放將要開啟工作時，效率到達(dá)B類功放的理論值78.5%。隨著輸入信號逐漸加大，峰值功放開啟工作，從而減小了載波功放的視在阻抗，相當(dāng)于給載波功放串聯(lián)了一個負(fù)阻抗。此時載波功放一直處于飽和狀態(tài)，其輸出電壓恒定，隨著輸出阻抗的不斷減小，載波功放的輸出電流也不斷變大。當(dāng)峰值功放到達(dá)飽和態(tài)時，其效率也到達(dá)。一個B類功放在峰值時才能到達(dá)效率值，而此Doherty功放只需在峰值的一半即能到達(dá)效率值。 在載波功放后面的1/4波長傳輸線起阻抗變換作用，同時也使兩路功放產(chǎn)生了90相差，為了使兩路功放輸出同相，就需要在峰值功放前補(bǔ)充9

4、0相移。DPA構(gòu)造框圖如下： 相比傳統(tǒng)的DPA構(gòu)造，IDPA構(gòu)造的1/4波長傳輸線補(bǔ)充在峰值功放后面，在起到相位補(bǔ)償?shù)耐瑫r，還能減小功率泄露，進(jìn)一步提高了功放效率。IDPA構(gòu)造如下列圖。 對于DPA技術(shù)，在載波放大器到達(dá)飽和狀態(tài)時，峰值放大器才開啟工作，這樣才能保證功放在回退一定范圍內(nèi)效率始終維持在一個較高的水平，不至于急劇下降。 在小信號工作階段，載波放大器正常工作，峰值放大器關(guān)斷未工作。 假設(shè)載波功放和峰值功放是等功率輸入，則載波功放的輸出阻抗Z1由2R逐漸減小，從而能輸出更大的功率，使IDPA的效率始終維持在較高的水平，不至于在功率回退一定范圍內(nèi)，效率出現(xiàn)急劇下降。由于兩路功放的電路網(wǎng)絡(luò)

5、相同，從而會有相同的輸出功率，相同大小的電流輸出。此時 Z1=Z2=Z3=Z0=R=50歐。 三、IDPA的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)選用的功放管是NXP的BLF8G27LS-100P，載波放大器工作于AB類，柵壓選為1.99V，峰值放大器工作于C類，柵壓選為0.67V。 針對不同飽和功率和效率設(shè)計(jì)輸入輸出匹配電路。漏極采用雙邊平衡饋電構(gòu)造，電路由RF濾波電容、包絡(luò)頻率去耦電容以及1/4波長微帶線組成，此微帶線長度可根據(jù)功放性能開展調(diào)整，盡可能短路掉包絡(luò)頻率電壓。通過對偏置電路網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，進(jìn)一步降低記憶效應(yīng)的影響，提高視頻帶寬VBW，以提高功放的寬帶特性。 功放管的負(fù)載阻抗會隨著輸入功率的改變而變化，在具體

6、的功率和效率要求下，就可以通過調(diào)整輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和偏置電路網(wǎng)絡(luò)，以使功率和效率到達(dá)良好的折中。本設(shè)計(jì)經(jīng)過優(yōu)化后的實(shí)物電路如下列圖 四、測試結(jié)果分析 測試2500MHz-2690MHz頻段范圍內(nèi)2500MHz、2595MHz、2690MHz的AM-AM曲線， 2500MHz AM-AM 2595MHz AM-AM 2690MHz AM-AM從以上的AM-AM曲線可以看出，在輸入功率-30dBm-16dBm范圍內(nèi)，增益波動約為0.1dB，功放增益線性度較好。 用峰均比為10.3dB的WCDMA 單載波信號測試 上表所示為2500MHz-2690MHz頻段范圍內(nèi)的增益，功率和效率，增益波動為0.5dB，整個頻段范圍內(nèi)功率和效率的變化一致性較好，足見該款PA能滿足較寬的帶寬要求。 用帶寬為19.84MHz的WCDMA 四載波信號測試ACP 五、結(jié)論 針對高峰均比的4G-LTE寬帶信號，本文采用NXP（恩智浦）的BL