395MHz-455MHz Doherty放大器一种紧凑型实现方法

图4、Doherty放大器ADS仿真结果

2、设计实现

本文采用MRFE6S9045N设计实现了紧凑型395MHz-455MHz Doherty放大器，为了对比Doherty放大器的性能，本文也同样制作调试了基于同样器件同样匹配电路的AB类，平衡式放大器，设计实现的Doherty放大器如图5所示。在输入端口，我们采用90度混合电桥将功放输入信号一分为二，分别送给载波放大器和峰值放大器，载波放大器偏置在AB类，静态偏执电流为350mA。峰值放大器偏置在C类，栅极偏置电压为1.5V，载波放大器和峰值放大器放大后的信号将通过另一个90度混合电桥合成后输出。如图5所示，输出90度混合电桥的隔离端口的一段50欧姆的开口线，其作用是作为载波放大器和峰值放大器共同的相位补偿线。

图5、紧凑型Doherty放大器实物图

3、测试结果

在本文中，将用连续波单音信号测试所设计的功率放大器性能。选取395MHz和455MHz测试结果罗列如下。

在395MHz处，测试所得的增益和效率对输出功率的曲线如图6所示，测试数据显示在输出功率为43dBm时，功放漏极效率为43%， 饱和输出功率高于49dBm。

图6、395MHz 增益和效率测试数据

在455MHz处，测试所得的增益和效率对输出功率的曲线如图7所示，测试数据显示在输出功率为43dBm时，功放漏极效率为45%， 饱和输出功率高于49dBm。

图7、455MHz 增益和效率测试数据

典型的单载波W-CDMA信号测试性能如表1所示，测试所用输入信号的峰均比为9.9dB（在互补累计分布函数概率为0.01%条件下测得）功放输出平均功率为43dBm。

表1、Doherty 放大器单载波W-CDMA信号测试性能

Frequency	Gain(dB)	PAE (%)	ACLR(dBc)	PAR(dB)
395 MHz	20.597	43.30%	-33.6dBc	7.5
425MHz	22.9	43.80%	-34.4dBc	7.62
455MHz	20.415	45.20%	-33.5dBc	7.58

为了对比所设计的Doherty放大器和传统AB类放大器性能，本文设计调试了一个基于同样器件和同样匹配电路的平衡式AB类放大器，典型的单载波W-CDMA信号测试性能如表2所示，测试所用输入信号的峰均比为9.9dB（在互补累计分布函数概率为0.01%条件下测得），功放输出平均功率为43dBm，从表2中我们可以看出，对于同样的43dBm的输出功率，Doherty放大器呈现了更高的效率，平衡式放大器呈现了更好的线性。

表2、AB类的平衡式放大器W-CDMA信号测试性能

Frequency	Gain(dB)	PAE (%)	ACLR(dBc)	PAR(dB)
395 MHz	21.2	18.60%	-43.5dBc	8.52
425MHz	23.5	21%	-40.3dBc	8.31
455MHz	24.415	20.80%	-41.8dBc	8.41

4、结论

本文提出了一种395MHz到455MHz紧凑型Doherty放大器的设计方法， 采用了飞思卡尔公司的LDMOS器件MRFE6S9045N。设计实现了在单载波W-CDMA输出平均功率为43dBm时，漏极效率高于43%，相对于传统的Doherty放大器设计方法，本文呈现了一种紧凑型Doherty设计方法，节约了PCB板的面积，并且达到了很好的性能。本文也证明了在低频段设计应用上，90度混合电桥可以用来作为Doherty的合成器。

5、致谢

本文作者特别感谢飞思卡尔公司提供的帮助，包括提供ADS仿真环境以及测试平台。

作者：王洪胜 王尧青 赵明，安富利电子元件 （北京射频与微波实验室）

参考文献：

[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]  Reinhold Ludwig, Gene Bogdanov, RF Circuit Design Theory and Applications. Beijing, China: Publishing House of Electronics Idustry.
[3]  S.C. Cripps, RF Power Amplifiers for Wireless Communications. Norwood, MA: Artech House, 1999.
[4]  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," Microwave J., vol. 44, no. 12, pp. 20–36,
[5]  F.H. Raab, "Efficiency of Doherty RF power amplifier system," IEEE Trans. Broadcast., vol. BC-33, no. 3, pp. 77–83, Sep. 1987.

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。