Doherty功放在數字電視前端發(fā)射機中的應用

　　1 Doherty功率放大器原理概述

　　Doherty功率放大器是一種專(zhuān)門(mén)針對非恒定包絡(luò )的調制信號的高效線(xiàn)性功率放大器，由美國B(niǎo)ell實(shí)驗室的射頻工程師W.H.Doherty于1936年首次提出。其原理如圖1所示。

　　Doherty放大器主要由載波放大器和峰值放大器兩個(gè)功率放大單元組成。信號從放大器的輸入端進(jìn)入，經(jīng)過(guò)功分器分成兩路分別輸入載波放大器和峰值放大器。經(jīng)過(guò)放大器之后兩路信號最終在末端直接耦合輸出。Doherty功率放大器的最主要的特點(diǎn)在于它有兩個(gè)結構相同，靜態(tài)工作點(diǎn)偏置不同的放大單元，通常將載波放大器設置成AB類(lèi)放大器，而峰值放大器的偏置設置為C類(lèi)放大器。Doherty放大器的另一個(gè)特點(diǎn)是載波放大器和峰值放大器的結構和半導體特性的一致性要求很高。

　　主功放工作在B類(lèi)，當輸入信號比較小的時(shí)候，只有主功放處于工作狀態(tài);當管子的輸出電壓達到峰值飽和點(diǎn)時(shí)，理論上的效率能達到78.5%。如果這時(shí)候將激勵加大一倍，那么，管子在達到峰值的一半時(shí)就出現飽和了，效率也達到最大的78.5%，此時(shí)輔助功放也開(kāi)始與主放大器一起工作(C類(lèi)，門(mén)限設置為激勵信號電壓的一半)。輔助功放的引入，使得從主功放的角度看負載減小了，因為輔助功放對負載的作用相當于串聯(lián)了一個(gè)負阻抗，所以，即使主功放的輸出電壓飽和恒定，但輸出功率因為負載的減小卻持續增大(流過(guò)負載的電流變大了)。當達到激勵的峰值時(shí)，輔助功放也達到了自己效率的最大點(diǎn)，這樣兩個(gè)功放合在一起的效率就遠遠高于單個(gè)B類(lèi)功放的效率。單個(gè)B類(lèi)功放的最大效率78.5 %出現在峰值處，現在78.5%的效率在峰值的一半就出現了。所以這種系統結構能達到很高的效率(每個(gè)放大器均達到最大的輸出效率)。

　　2 利用計算機軟件仿真Doherty功率放大器

　　在微波電路仿真中，ADS軟件相對比較成熟。這里就是利用ADS仿真軟件來(lái)實(shí)現全匹配的Doherty功率放大器仿真。圖2是系統仿真示意圖。

　　圖3是Doherty功率放大器傳輸功率增益和效率的仿真結果圖

　　從傳輸效率增益可以看出該放大器功率在15 dB，其P1dB在49 dBm，P3dB壓縮點(diǎn)達到50 dBm，從效率圖上可以明顯看出在功率回退P6dB的效率達到52%，遠高于傳統的AB類(lèi)放大器，這充分體現了Doherty功率放大器的優(yōu)點(diǎn)。

　　3 Doherty功率放大器實(shí)際電路設計

　　根據理論分析，設計了Doherty功率放大器實(shí)際應用電路。采用的是飛思卡爾公司的功率放大器芯片。具體設計電路如圖4所示。

　　4 實(shí)驗驗證和測試結果分析

　　對于一般的RF板材，其介電常數會(huì )隨著(zhù)放大器工作時(shí)發(fā)熱導致的溫度變化而變化，從而導致整個(gè)電路損耗也不穩定，影響電路性能。因此采用RF35型號板材作PCB電路板，其介電常數在放大器工作時(shí)發(fā)熱導致的溫度變化比較穩定。利用頻譜分析儀和頻率信號發(fā)生器，對功率放大器進(jìn)行測試，得出的測試結果為Doherty功率放大器在輸出功率36 dBm的情況下，效率為28%，實(shí)際測試結果與仿真結果有一定的差距，但

　　總體上結果還是較為吻合的，如圖5所示。

　　5 結語(yǔ)

　　將Doherty功率放大器引入數字電視前端發(fā)射機系統，大大提高了前端發(fā)射系統的效率，通過(guò)結合相應的線(xiàn)性化技術(shù)，比如前饋技術(shù)，就可以使得數字電視前端發(fā)射機的整機性能在效率和線(xiàn)性度上得到充分的保證。通過(guò)測試結果表明，Doherty技術(shù)能夠較好地滿(mǎn)足現代無(wú)線(xiàn)通信系統對功率放大器的要求，將有非常廣闊的應用前景。