非对称功率输入Doherty功率放大器研究与设计

比下三阶交调随输入功率的变化如图2所示。在输入功率很低时，大于 1：1的功率分配比情况下的三阶交调特性要好于1：1的情况，但随着输入功率的增大，三阶交调特性也在变坏。功率分配比大于1：1时，三阶交调上升的速度比1：1时要快，最后的三阶交调特性会比功率分配比是1：1时要恶化7 dB左右。这种情况是因为功率分配比越高，分给载波放大器的功率越大，同时，载波放大器的输出功率也就越高。输入功率的加大会使放大器的非线性效应增强，直观表现就是三阶交调特性的快速恶化。但在功率分配比为2：1时，三阶交调特性一直保持着一个相对较低的水平，从这个方面看，对于实际的Doher ty结构放大器来说，存在一个最佳的功率分配比例，使得在峰值放大器未开启前有最佳的交调特性。由PAE特性随输入功率的变化图中可以得到，当功率分配比为2：1时，放大器的功率附加效率会有最佳表现，在达到峰值功率附加效率后，仍然能够保持该峰值效率后输出更大功率。从上面的分析可以看出，对于使用 Doherty结构的放大器，在峰值放大器未开启前，适当调整载波放大器和峰值放大器的输入功率分配比，可以得到较好的功率附加效率和三阶交调特性。

2)中功率状态：

中功率状态是载波放大器与峰值放大器都处于工作状态，载波放大器电压输出达到饱和状态，峰值放大器开启。但是此时峰值放大器还没达到饱和状态所以分给峰值放大器更多功率可以提高PAE。将Doherty中载波放大器和峰值放大器的输入功率分配设置为1：1，1：2，2：3，3：4，经过仿真后得到不同输入功率分配下的功率附加效率(PAE)对输出功率变化的曲线如图3所示。

从图3可以看出，在为完全饱和状态是，给峰值功放分配的功率并没有明显提高整体的PAE，方等值放大器峰值放大器风道的功率较高时由于输出电流较小不能对载波放大器进行足够的负载调制，使得载波放大器没有输出更大的电流不能提高功率附加效率，甚至会由于分给载波放大器的功率很少时效率反而会下降这也说明了负载牵引在Doherty结构中的关键作用。当峰值功率放大器岁输入功率增加而输出更多电流后，对载波放大器的负载调制更深，使载波放大器在电压饱和的情况下能够输出更多的电流给负载，因此提高了整体结构的功率附加效率。由图中可以看出当输入功率分配比(1：2，2：3，3：4)高于1：1时，在饱和输出时的功率附加效率会更高大于等公分的情况。而且，向峰值放大器分配的的输入功率越高饱和状态下的功率附加效率也就越高。

当载波放大器和峰值放大器同时工作时，输入功率分配比对三阶交调(IMD3)的影响可以从图四得出。图四的K值代指载波放大器和峰值放大器的输入功率分配比例，分别为1：1、2：1、3：1、4：1、5：1。比值越高，代表分给载波放大器的功率越多，三阶交调特性就越好。这种现象是因为载波放大器工作在线性度较好但效率不高的AB类，而峰值放大器工作在线性度不好但效率较高的C类，分给工作在C类的峰值放大器越多的输入功率，三阶交调特性就越差。但是如若给载波放大器分配了过多了输入功率，势必会导致峰值放大器由于得不到足够的输入功率而不能输出较大的电流来调制载波放大器，使得对载波放大器的调制不完全使载波放大器达不到电流饱和，降低了整体的功率附加效率。若分给峰值放大器过多的功率，那么由于C类放大器的线性度太差，严重恶化整体结构的线性度。从图四也能看出，在载波放大器和峰值放大器功率分配比为1：1的情况下要比功率分配比为5：1的情况恶化接近5 dB。另外由于在中功率状态分析时已经能看出当达到饱和时的大功率状态下的情况故此不再分析。

2 非对称Doherty设计

2.1 非对称输入Doherty

由上节分析可知非对称功率输入的Doherty相对于主/辅功放功率分配比1：1的情况对效率以及其他属性上有较为明显的优势，但是在不同的输入功率情况下对整功放系统的影响有好有坏有高有低，在输出40 dBm时，漏极效率超过3%，再往后的随着主/辅功率分配比的增加，漏极效率几乎不变，由于主功放的工作状态决定了主功放的最高效率，因此在小功率状态下，整体效率并不会随着分配比的增大而一直提高，结合经典Doherty功率放大器的原理分析可知，在小信号状态下只有主功放工作，只有当输入功率达到一定值后，辅助功放才开始工作而此时主功放处于电压饱和状态，同时辅助功放不能输出其最大功率，此时主、辅助功放的负载阻抗不能达到完全调制。因此，在小功率状态下，经典Doherty功率放大器中按1：1比例分配给辅助功放的输入功率并没有被放大，辅助功放并不会给负载阻抗提供输出功