不对称Doherty功率放大器ADS仿真

不对称Doherty功率放大器ADS仿真为在高线性的前提下提高WCDMA基站系统中功率放大器的效率，仿真设计了一款工作于

2.14GHz频段不对称功率驱动的Deherty功率放大器基于ADS平台，采用MRF6s21140H LDM0S晶体管，通过优化载波放大器和峰值放大器的栅极偏置电压改善三阶互调失真IMD3,同时通过调节输入功率分配比例改善由于峰值放大器对载波放大器牵引不足导致的失配问题，从而改善不对称Doberty功率放大器的输出性能仿真结果表明，当载波放大器的栅极偏置电压为

2.84V,峰值放大器的栅极偏置电压为

0.85V并且输入功率比例为

12.3,输出功率为44dBm时其功率附加效率PAE为

24.21%,IMD3为-4446dBc,和传统AB类平衡功率放大器相比PAE・提高了

8.58%,IMD3改善了

6.98dBco对于现代无线通信系统，多载波、宽带、高传输速率已经成为其发展的方向随着频谱资源的日益紧张，为了在有限的带宽内传输更多的数据，在WCDMA系统中采用BPSK和QPSK等非线性调制方式，系统的瞬时传输功率产生较高的峰均比，功率放大器需要通过较大的功率回退的方式来满足系统对线性度的要求目前WCDMA基站或直放站中的功率放大器是最主要的功耗单元，为了满足系统线性度的要求通常偏置在A类和AB类，效率都比较低，一般在8%15%因此，研究设计〜线性高效的射频功率放大器成为功率放大器研究领域的一个热门课题，Doberty结构的功率放大器以其效率高、实现方法简单、成本低廉等优点引起了人们越来越多的关注和研究本文基于ADS仿真平台，在深入研究分析Doherty结构的工作原理和优缺点的基础上，设计了一款满足WCDMA基站性能要求的不对称Doberty功率放大器1不对称Doberty功率放大器的基本理论

1.1传统Doberty功率放大器的工作原理传统Doberty功率放大器的结构示意图如图1所示，它一般由载波放大器CarrierAmplifier和峰值放大器PeakingAmplifier并行连接组成其中载波放大器一般偏置在AB类工作模式，输出端串联一个微带线起阻抗变换的作用；峰值放大器一般偏置在C类工作模式，输入匹配网络前端附加的微带线起到相位平衡的效果TO分Peakinngg AmplifeiCanietAmplifer图1传统Doheny功率放大器的结构示套图无供*蚊:嬴*出功山收考由图1可以看出，传统Doberty结构的功率放大器有两种工作状态低输出功率状态（图1中的有斜条纹）和高输出功率状态（图1中的无斜条纹）在高输出功率状态，理想情况下2个放大器的输出电流大小相等，载波放大器和峰值放大器产生相等的输出功事这时载波放大器和峰值放大器的负载阻抗都为R0,通常情况下R0=50Q在低输出功率状态，峰值放大器截止不工作，只有载波放大器导通工作理论上此时的峰值放大器的输出阻抗趋于无穷大，峰值放大器对负载网络阻抗的影响可以忽略载波放大器输出端的负载阻抗通过特性阻抗为的R0的人/4微带线将的R0/2变换到2R0,这样可以实现在低输出功率状态下高的负载阻抗达到效率的提高此时载波放大器的饱和输出功率要比总的峰值输出功率小4倍，即传统Doherty功率放大器在低输出功率区域的饱和输出功率要比峰值饱和输出功事低6dB,从而实现了提前饱和的目的，提高功率回退时的效率

1.2不对称Doherty功率放大器的基本理论传统Doherty结构的功率放大器，载波放大器偏置在AB类，而峰值放大器一般偏置在C类，当输入的信号相同，峰值放大器的电流必然低于载波放大器的电流在输出功率饱和时由于两个放大器的输出电压相等，峰值放大器的输出功率必然小于载波放大器的输出功率，这与理想的情况不同根据有源负载牵引理论，当峰值放大器的电流没有达到理想值时，必然导致峰值放大器对载波放大器的牵引不足，使得载波放大器的输出阻抗在从高阻100向50Q的低阻抗变化过程中，没有牵引到50Q,最终影响到Doherty功率放大器的性能不对称Doherty功率放大器是在传统Doherty功率放大器的基础上做的改进，一般有不对称功率驱动和不同的功率放大器管这两种实现方法和采用不同的功率放大器管这种实现方法相比，不对称功率驱动的方案在结构上要相对简单，容易实现对于不对称Doherty功率放大器，在低输出功率状态，载波放大器偏置在AB类，峰值放大器截止，功率放大器的线性度主要取决于载波放大器在高输出功率状态，不对称Doherty功率放大器的线性度可以通过调节两个功率放大器管的栅极偏置优化IMD3性能因此在设计中，可以不断的调节载波放大器和峰值放大器的输人功率分配比和栅极偏置电压，使得设计的不对称功率放大器性能最佳在下面的章节中，基于ADS仿真平台，选用飞思卡尔的MRF6s21140H功放管设计了一款工作在

2.14GHz频段WCDMA基站的不对称功率驱动的Doherty功率放大器2不对称Doherty功率放大器的仿真设计在仿真设计中，利用ADS平台可以很好的简化设计步骤，缩短研发周期，仿真设计中所用到的MRF6S21140H功放管模型是由飞思卡尔提供的一种半经验模型仿真设计中通过对晶体管直流偏置和稳定性的仿真分析，确定了晶体管的静态工作点和稳定状态利用ADS中的负载牵引和源牵引仿真得到晶体管一簇不同阻抗值的等功率圆和等效率圆，分析得到适用于不对称Doherty功率放大器的最佳阻抗值，同时在偏置电路中应用优化阻抗法较好地降低了电记忆效应通过在匹配网络中综合考虑补偿网络的设计思想，设计补偿线，更有效的抑制了不对称Doherty功率放大器的功率泄露，提高了输出效率在完成不对称Doherty功率放大器的各个模块的仿真设计后，调整输入端微带线使得载波放大器和峰值放大器两条支路输出信号的相位对齐，并通过原理图-版图联合仿真优化设计的不对称功率放大器的性能，提高了仿真的精确度，缩小仿真和实际应用的差距同时对比在不同的输入端功分瞿的功率分配比例和栅极偏置电压的仿真结果，发现当载波放大器的栅极偏置电压为

2.84V,峰值放大器的栅极偏置电压为

0.85V,漏极偏置电压为28V时输入端功分器的功率分配比为

12.3的不对称Doherty功率放大器的性能最佳图2为

12.3不对称功率驱动的Doherty功率放大器与AB类平衡功率放大器的功率附加效率PAE比较曲线图从图2可以看出，峰值饱和输出功率约为

55.8dBm,因此不对称结构能改善由于峰值放大器对载波放大器牵引不足导致的失配问题，使得峰值饱和输出功率较为理想当从峰值输出功率回退IL8dB时，即输出功率为44dBm,仿真得到的

12.3不对称功率驱动的Doherty功率放大器PAE为

24.21%,AB类平衡功率放大器的PAE为

15.63%因此

12.3不对称功率驱动的Doherty功率放大器比AB类平衡功率放大器的PAE提高了

12.3不对称功率驱动的Doherty功率放大器的线性度较为理想当输出功率为43dBm时，

12.3不对称功率驱动的Doherty功率放大器的IMD3为-

42.24dBc,AB类平衡功率放大器的IMD3为-

36.61dBc,

12.3不对称功率驱动的Doherty功率放大器在IMD3指标上改善了

5.63dBco当输出功率为44dBm时，

12.3不对称功率驱动的Doherty功率放大器的IMD3为-

44.46dBc,AB类平衡功率放大器的IMD3为-

37.48dBc.

12.3不对称功率驱动的Doherty功率放大器在IMD3指标上改善了

6.98dBco«1怪隹时比Tab.1Perfonnance comparteoo功率放大器类型输出功率PAE IMD31:23不对称功率也动的44dBm

24.21%-

44.46dBcDoherty功率放大号AB类平街功率放大整44dBm

15.63%-3748dBc对比上述的仿真结果可以看出（对比结果如表1所示），采用L

2.3不对称功率驱动的Doherty功事放大器能够很好的实现高线性和高效率的良好折中，设计出的功率放大器的仿真结果性能良好，和目前在实际中常采用的AB类平衡功率放大器相比在高线性度的要求下效率上有很大的提高3结束语为了适应现代无线通信系统中对功率放大器提出的高效率高线性度的要求，本文基于ADS仿真平台,采用飞恩卡尔的MRF6S21140H功放管设计出一款适合于

2.14GIIz频段WCDMA基站的不对称功率驱动的Doherty功率放大器仿真结果表明设计的

12.3不对称功率驱动的Doherty功率放大器在载波放大器的栅极偏置电压为

2.84V,峰值放大器的栅极偏置电压为

0.85V且漏极偏置电压都为28V时的性能良好在输出功率为44dBm,设计的

12.3不对称功率驱动的Doherty功率放大器的PAE为

24.21%,IMD3为-

44.46dBc,和AB类平衡功放相比PAE提高了

8.58%,IMD3改善了

6.98dBc从仿真结果可以看出，不对称Doherty功率放大器o结构简单，效率较高且线性度好，非常适合于WCDMA移动通信基站和直放站的应用。