基于二次諧波注入的Doherty功率放大器

摘要：針對傳統Doherty放大器在提高效率后會惡化線性指標的關鍵問題進行了分析與討論。提出了一種基于二次諧波注入(SHI)的Doherty結構。采用GaN功率管CGH21240的仿真模型，設計了一款Doherty功率放大器。仿真結果顯示，該放大器的效率在輸出大于50 dBm后可以達到47％以上，比平衡式放大器改善約15％；三階交調在輸出為53 dBm時仍低于-30 dBc；在輸出為50 dBm時，比未采用二次諧波注入改善約10 dBc,，該放大器結構簡單，且實現了效率和線性的同時改善。
關鍵詞：Doherty；二次諧波注入；線性指標；功率附加效率；功率放大器

0 引言
射頻功率放大器廣泛用于各種無線發射設備中。效率和線性是功率放大器兩個最重要的指標。設計線性高效率的功率放大器，是目前該領域研究的熱點和難點。Doherty放大器是目前提高功率放大器效率中最有效和最廣泛使用的技術。該放大器能夠顯著地提高功率回退后的效率。但是，傳統的Doherty功放在效率和線性上無法同時兼顧，需要與專用的線性化技術相結合，以獲得盡量大的效率提高和線性改善。但是這些結構難免比較復雜，實現也比較困難。針對以上問題，提出了一種基于二次諧波注入的Doherty結構，仿真結果驗證了該結構的優越性能。

1 Doherty功率放大器設計
關于Doherty的基本工作原理，在文獻中有詳細描述。在具體實現Doherty結構時，為了得到盡量大的效率改善，設計關鍵點主要有：
(1)輔助功放的柵極偏置電壓。該電壓決定輔助功放的開啟門限，該開啟點也就是理論上效率第一次達到最大的點。
(2)輸出端補償線。輔助功放在截止時，其輸出端應該表現為開路，但實際由主功放通路看進去的阻抗為一個低阻抗，這就導致主功放的輸出功率有一部分會泄漏到輔助功放的支路上，這會極大地惡化增益和效率。因此，需要在輔助功放的輸出匹配電路后加一段特征阻抗為50 Ω的補償線，該補償線的作用是將輔助功放在截止時的輸出阻抗變換到一個高阻抗，以阻止主功放的輸出功率泄漏到該支路上。
本文設計的Doherty結構圖如圖1所示。