非对称功率输入Doherty功率放大器研究与设计

率。同时，当主功放进入电压饱和状态后，应当减少对主功放的输入功率，而增大辅助功放的输入功率，这样将提高Doherty功率放大器的效率。这样就存在一个问题，要想在小功率状态下进入主功放的功率多，在大功率状态下进入辅助功放的功率多，Doherty功率放大器输入端的功分器必须能动态控制主、辅助功放的输入功分比。而对于经典功分器来说，功分比一旦确定之后就不能再变化，这样就不能动态控制主、辅助功放的输入功率分配比。

2010年Jungioom Kim提出并设计了一款Doherty功率放大器，其可以实现对输入功率分配比的动态控制，在7.5 dB处的漏极效率可以达到51.27%，其电路结构图如图五所示，在这个结构中起到动态分配功率的是长度为L的50欧姆offset line，在1 dB压缩点处50欧姆的offset line对两路功放的输入阻抗没有影响，因此可以保证功率分配比为1：1，在小功率状态下，辅助功放处于截止状态，输入阻抗是一个相当大的值，而辅助功放的输入阻抗值跟1 dB压缩点一直，通过调节offset line的长度来实现想要的功率分配比。

2.2 非对称可变功率输入的Doherty放大器设计

根据设计要求设计的具体参数如下工作在2.5—2.7 GHz频段，增益15 dB左右，增益平坦度小于1.5 dB，输出信号回退：约6 dB，平均出书功率：40 dBm，漏极效率大于45%，三阶交调系数(IMD3)小于-2.8 V。

首先根据设计指标要求确定功放管选择Freescale公司生产的LDMOS晶体管MRD6S27015N。其单管峰值输出达到43 dBm，工作电压28 V。并且其具有成本低、工艺成熟、增益高、高输出功率等优点，其缺点是频率低、线性度差。使用ADS2009软件进行设计，器件模型从官网下载。介质基片的选择也直接决定了微带线物理特征，越厚的板材在实现相同的阻抗条件下，线宽越大从而导致电路体积越大，过薄的板材形变比较严重。最终选择罗杰斯 4350B作为介质基片，其主要参数相对介电常数为3.66，基片厚度为30 mil，金属层厚度为35μm。

具体设计过程如同经典Doherty电路设计的一般方法：1)单管静态工作点确定和稳定性测试;2)Loadpull和Sourcepull测出单管输入输出阻抗;3)偏执电路设计以及输入输出匹配网络电路设计;4)单管调制与仿真;5)Doherty结构搭建与调试;6)整机仿真测试;7)版图设计与仿真优化。具体过程不一一详述。

3 Offset line长度确定

可变功率分配的Doherty功率放大器在输入功率分配电路上与经典结构不同，这种功率分配起决定作用的是一段长为L的50欧姆微带线，同过改变他的长度可以达到动态控制输入功率分配比的作用如图六所示为使用MRF6S27015N晶体管仿真时L长度对功率分配比的影响示意图，由图可知输入功率分配比随着 offset line长度变化而变化，在饱和输出功率点出的功率分配比接近1：1，通过对offset line长度的优化，综合考虑功率放大器输出功率，效率与线性度，最终确定offset line产度为16.8 mm。

确定完offset line长度后进行搭建Doherty功率放大器的原理图，经反复优化仿真后完成设计，经测试分析后设计完成的Doherty功率放大器实物如图七所示，在测试过程中主，辅功放漏极点呀均为28 V，主功放栅极电压为2.85 V，此时漏极电流为160 mA，处于AB类偏置，辅助功放栅极电压设定为晶体管开启电压2.0 V。

经测试功率放大器的小信号增益约为14 dB，测试结果与仿真相差不大，与仿真相比较小信号增益比仿真数据小了约1个dB，饱和点输出功率与仿真基本符合约为46 dBm左右，在功率回退点附近的漏极效率比仿真时略有下降，效率达到44%。测试结果表明，在6 dB功率回退点上整个频段范围内漏极效率约为43%。符合指标要求，至此设计完成。

4 结论

通过对非对称输入Doherty的研究发现其对功率放大器的的效率和增益的影响根据前人研究设计了一款便于根据要求对输入功率比进行更改的Doherty功率放大器，经实测其可有效的优化功放性能。