基于二次諧波注入的Doherty功率放大器

2 二次諧波注入分析
為了分析Doherty放大器的非線(xiàn)性，需要對功放管進(jìn)行建模，這里采用多項式模型來(lái)分析。假設功放的非線(xiàn)性模型為：

式中：y(t)為輸出信號；u(t)為輸入信號；a為功放的非線(xiàn)性系數，該系數與柵極偏置電壓有很大關(guān)系。對于一般的有源器件，a2為正，a3在A(yíng)B類(lèi)偏置下為負，C類(lèi)偏置下為正。
如果輸入一個(gè)等幅雙音信號：

式中：A為輸入幅度；ω1，ω2為雙音角頻率，ω1ω2。模型階數取為三階，則：

從式(2)可以看出，系數a3對基頻增益和三階交調起主要作用。通常情況下，AB類(lèi)功放的a3為負，C類(lèi)功放的a3為正，因此存在A(yíng)B類(lèi)增益壓縮和C類(lèi)增益擴展的現象。三階交調分量與a3和輸入幅度A有關(guān)。由于Doherty結構中主功放和輔助功放分別工作在A(yíng)B類(lèi)和C類(lèi)，因此二者的a3系數剛好相反。由此可知，通過(guò)設置適當的偏置電壓和輸入功率，可以實(shí)現三階交調在輸出端相消，從而改善線(xiàn)性。但是，偏置的改變會(huì )影響輔助功放的開(kāi)啟門(mén)限，而輔助功放的開(kāi)啟點(diǎn)對整個(gè)效率的提升起主要作用。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現，三階交調相消的偏置和最大效率改善時(shí)的偏置不一樣，這也就是說(shuō)，僅僅靠改變偏置無(wú)法達到最優(yōu)的效果。因此，需要引入更多的可調節變量。為了解決上述問(wèn)題，從文獻中得到啟示，引入了二次諧波注入法。但是改善線(xiàn)性的原理同文獻中所描述的有所不同。
如果輸入端注入二次諧波A1cos(2ω1t+φ1)+A2cos(2ω2t+φ2)，則輸出端的上邊帶三階交調可表示為：

由于第三項數值很小，在此忽略不計，只保留前兩項，則：

對于主功放和輔助功放，輸入采用均等功分，柵極偏置確定時(shí)，a2，a3和A就固定了。這時(shí)，兩路的三階交調可表示為：

由此可知，可以通過(guò)調節，使得輸出端的三階交調相消而得到改善。對于下邊帶可以做同樣的分析。這時(shí)，每一路的三階交調可能比較差，但是合成后會(huì )得到改善。這也是由Doherty獨特的結構所決定的。