基于ADS平台改进型Doherty电路设计与仿真

B混合电桥端口示意图

3dB电桥的S参数矩阵是

（2）

[b]表示反射波，[a]表示入射波

当我们把隔离口开路时，b4=a4，代入到上式，并消去b4，a4，得到：

得到一个3端口网络，这个3端口网络的S参数矩阵为

（3）

和（1）式比较，仅涉及3端口的参数的相位有差异，如果我们把后一电路的3端口前加上90°相移，则这个电路的S参数和前一电路完全相同，也为（1）。如图5，两个电路是等效的。

图5、输出合路部分等效转换图

由于3口合路输出是接50Ω负载，所以3口上的50Ω微带对功放除了相位延迟外不产生其他影响。

如果我们把4口走一段微带再开路，那么会是什么情形呢，我们可以把1、2端口的反射看着从4口反射回1、2口的，4口增加的微带增加了反射路径，一段路径可以移到1、2端口上。于是，下面两个电路是等效的，可以验证它们的S参数矩阵是一样的，如图6所示。

图6、3dB电桥等效转换图

就是说我们调整4口反射线的长度就相当于调整合路器前的微带长度，而4口还可以短路（相当于增加了λ/4长度的开路线）或用电容来调整，不同的容量可以等效不同的微带长度。由于Doherty功放需要仔细调整分叉合路器前的微带长度，而采用了这种结构只需改变隔离器口的电抗就可以了，所以采用混合电桥输出合路的Doherty功放调整更方便。全部的变换关系如图7所示

图7、3dB混合电桥完整转换图

4、改进型Doherty 功率放大器仿真验证

我们选用DXY鼎芯提供的10W LDMOS功率放大管BLF6G21-10G，在ADS上进行仿真，通过对比其工作在CLASS AB状态下的功率和效率，和采用改进型Doherty结构后的功率和效率进行对比，验证了方案的可行性。

1）单管CLASS AB状态下仿真

图8、单管CLASS AB仿真原理图

图9、单管CLASS AB仿真结果

由上面的图8和图9可见，BLF6G21-10G在CLASS AB状态下，其P1dB功率为41.3dBm，约12W左右，而其输出功率为34dBm时，功率附加效率（PAE）为26.6%。

2）双管改进型Doherty电路结构仿真

取两个BLF6G21-10G，在输入和输出端通过两个DXY 鼎芯提供的HC2100A03 3dB混合电桥合路，1个定义为主放大器（载波放大器），工作在CLASSAB状态，另一个定义为峰值放大器，工作在CLASSC状态，构成了Doherty结构，仿真过程和结果如图10和图11所示。

图10、改进型Doherty仿真原理图

图11、改进型Doherty仿真结果

从图11的仿真结果看，改进型Doherty电路的峰值功率达到了43.3dBm，输出功率为37.3dBm时，效率达到了43%，与CLASS AB状态相比，功率回退同样6dB情况下，效率提高16.7%。

5、结论

通过从原理的推导，在理论方面论证了方案的可行性，再通过ADS进行仿真，从仿真结果上再次对方案的正确。传统Doherty电路，其载波和峰值路均需要调整补偿线的长短，电路复杂调试难度大，不利于批量生产等问题。改进型Doherty和CLASS AB电路基本一致，结构简单，可靠性好，便于大批量生产，同时效率也得到了极大的改善，非常适合于WCDMA、CDMA2000、TDD-LTE和LTE-FDD等各种移动通信基站和直放站的应用，后续我们也将通过在DXY鼎芯实验室制作实际产品来进行可生产性验证。

作者：卓龙声，研发工程师，深圳市鼎芯无限科技有限公司

作者简介：卓龙声，男，1984年出生，桂林电子科技大学，2003级通信工程专业学士，2010年至今任职于深圳市鼎芯无限科技有限公司。

参考文献

[1] 张玉兴等，功率与微波功率放大器设计，电子工业出版设，2007.[1] W .H .Doherty, "A New High Efficiency Power Amplifier for Modulated Waves,"Proc.IRE, Vol. 24, No. 9, pp. 1163–1182, Sep.1936.
[2] Frederick H. Raab, "Efficiency of Doherty RF Power‐Amplifier Systems," IEEE Trans. Broadcasting, Vol.BC‐33, No. 3, pp. 77–83, Sep. 1987.
[3] Y. Yang, J. Yi, Y. Y. Woo and B. Kim, "Optimum design for linearity and efficiency of microwave Doherty amplifier using a new load matching technique," Microw. J., vol. 12, no. 4, pp. 20–36, Dec. 2001.
[4] M. Iwamoto, A. Williams, P. Chen, A. G. Metzger, L. E. Larson, and P. M. Asbeck,"An extended Doherty amplifier with high efficieny over a wide power range," IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 49, no. 12, pp. 2472–2479, Dec. 2001.

本文刊登于MWRF旗下《微波射频技术》杂志 2017微波技术专刊，未经允许谢绝转载。