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TechnicalFeature 技术特写

反相Doherty放大器
80
+ 图4为搭载了阻抗变换器的反相宽
O Gain @ 1.85 GHz + 带Doherty放大器的示意图，其中阻抗变
70 + + +
+
+ + + + + +
+ +
O Gain @ 1.95 GHz + + + 换器用四分之一波长线与峰值放大器相
60 + + +
+
+ + + + +++ + 连。如果对于低功率区，根据晶体管特
+
+ + +
+ ++
O Gain @ 2.15 GHz + + + + + + +
+
+
50 + + + + + ++ 性不同，在峰值放大器的输出端形成短
+
O Gain @ 2.45 GHz + + + + ++ 路比断路容易，那么这种架构会很有用
+
40 + + + + 处。 此例中采用四分之一波长线来将偏
9
+ +
O Gain @ 2.65 GHz + + +
+ +
+ +
+ +
+
30 + + + 置线极低的输出阻抗转换为负载结的高
+ +
+ + + 阻抗。考虑到峰值放大器器件封装的寄
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+
+ +
+ +
20 + + + 生效应，可以对输出匹配电路和偏置线
+ +
+ +
+
+ +
E + + + + + +
+ + +
10 + + + + + + + + + 进行优化设计，以使得放大器在高功率
+ + + +
+
+ + + + + + + 区输出功率实现最大化，同时在低功率
0 区接近短路。 10
25 30 35 40 45 50 55
P out (dBm) 为了更好地理解反相Doherty放大
器的工作原理，我们来看一看峰值放大
图10：宽带反相Doherty功放的测试性能。 器关断时的负载网络（见图5a）。在低
功率区域，电长度为θ的偏置线的相位
使用宽带输出四分之一波长变换器来实 线耦合器（型号X3C17A1-03WS）， 调整导致峰值放大器短路（理想情况下
现载波和峰值放大器的宽带输出匹配， 在690到2700MHz上最大相位平衡为 为0Ω），同时匹配电路按需对偏置线
可以最大化频带宽度。 ±5度，幅度平衡为±0.5dB。图3b描 完成阻抗转换，从25Ω到载波器件在
图3a为传统两级Doherty放大器的电 绘了五种带内频率下测得的功率增益 6dB功率回退点的高输出阻抗Z out （理
路图，该放大器采用20mil RO4350基板 和漏极效率。1.8至2.7GHz上的功率增 想情况下，四分之一波长变换器可实现
并应用了两个80W GaN HEMT功率晶体 益超过9dB，在3dB压缩点（频段的高 100Ω），如图5b所示。可以看到，四
管，内部输入匹配，且为金属陶瓷法兰 端除外）对应输出功率下的漏极效率 分之一波长线末端的短路转换为其输入
封装。 约为60%，在6dB回退点为40%至50% 端的开路，以防止峰值晶体管关断时功
输入和输出匹配电路是具有不同电 之间。考虑到传统结构的带宽限制， 率泄漏到峰值电路。在大功率区，载
长度的微带线以及用于二阶架构的特性 Doherty效应在整个频带内不显著，在 波和峰值放大器均在50Ω环境中并联工
阻抗。输入分路器是Anaren的宽带耦合 较高频率下效率较低。 作，输出四分之一波长线的特性阻抗为
35.3Ω，可将25Ω转换为50Ω负载。
通过应用这种配置和两个商用10W
40 GaN HEMT功率晶体管，可设计得到
30 宽带反相GaN HEMT Doherty放大器，
20 实现平均漏极效率47%，平均输出功率
10 –57 dBc
38dBm（饱和功率44dBm）以及1.8到
(dB) 0 2.7GHz之间功率增益超过11dB。 7,11 峰
–10 值放大器关断时负载网络不同点的阻抗
–20
–30 如图6所示，其中Z match （见图6a）表示
–40 1.8至2.7GHz频率范围内负载网络输出
端的低电抗，在中心频率处接近零，而
–50
在工作频率接近边缘时带有一些感抗和
容抗。在频率较高的情况下，通过使用
图11：对于10MHz LTE信号，反相Doherty放大器的DPD线性化。
四分之一波长串联传输线可使得频带
内开路环境具备足够高的感性和容性电
表1 抗，如图6b中的Z peaking 所示。因此，反相
同步信号传输的测试条件 Doherty结构的宽带性能可以在现实应用
Test Conditions 中实现。
图7a所示为载波放大器的负载网络
Device Under Test 2 x 80 W GaN HEMT, 1.8 to 2.7 GHz
等效电路，其阻抗Z carrier 的实部为10Ω左
1850 MHz, 4-Carrier GSM
Signals Tested 右（见图7b）。考虑到器件的输出并联
2650 MHz, 10 MHz LTE
电容C out 约为5pF，而串联输出电感L out 由
GSM 4-Carrier Power 42.6 dBm (18.2 W)
键合线和封装引线框架电感决定，器件
LTE 10 MHz, 1-Carrier Power, 42.3 dBm (17 W) 多谐波电流源在1.8至2.7GHz频率范围内
8 dB PAR
的阻抗位于宽带输出阻抗变压器的输入
Composite Signal PAR 7.1 dB
端，由5Ω增加2倍，足以在回退输出功
Total RF Power 35.2 W (45.5 dBm) 率水平上实现高效率。此时，器件输出
51% 电容和键合线电感构成低通L型匹配电
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