3.5GHz DPD+Doherty放大器设计与分析[20200406123907]
摘要
随着现代社会的发展，特别是进入21世纪以来，3G，4G的到来，无线通信系统已经融入了我们的生活当中,而无线通讯中功率放大器（PA）的设计是最重要的一个部分, 它不仅是核心，而且还影响着系统的整个性能，所以无线通讯少不了它。在这当中，科学家最关注的是功率放大器的效率和线性度，有了效率和线性度，这样才能更好的让无线通讯为我们服务，如何让效率和线性度同时兼顾是科学家研究的重点也是难点，抓住了问题的本质所在，这样才能解决问题。
本文把DPD和经典的Doherty放大器相结合，根据两者的优点，一个可以提高线性度，一个可以提高效率，两者相结合，新型的Doherty功率放大器被科学家研究出来，这种功率放大器的特点就是可以大幅度提高效率在理想的情况之下。但是现实就是现实，放大器不可能在理想条件下工作，所以就要采取一些措施，在载波和峰值放大器后面增加补偿线就是一种很好的办法。利用ADS软件，选择放大器的直流工作点的源、负载匹配网络，功率分配器、仿真设计补偿线长度的选取。新型Doherty放大器与传统的放大器相比可出现第一峰值效率在一个更大的输出功率回退。所以，补偿导线可以大大提高增益和Doherty功率放大器的效率。
本设计是DPD电路和Doherty功放相结合，通过ADS软件模拟，具有高线性度和高效率的Doherty功率放大器。
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关键字:Doherty功率放大器DPD技术功率回退高效率
目录
第一章 概述 1
1.1高效率功率放大器在在现代无线通信系统中的重要作用 1
1.2 主要的高效功率放大器类型 2
1.3 功率放大器的关键技术指标 3
1.4 论文的主要研究内容与安排 5
第二章 Doherty技术原理和DPD技术原理 6
2.1 Doherty电路基本构成与工作原理 6
2.2 DPD技术的介绍 7
2.3 基于Doherty放大器电路的效率计算 7
2.3.1传输线的匹配 9
2.3.2 Doherty功放效率分析与计算 10
2.4 Doherty电路的主要改进形式 13
2.5 DPD+Doherty电路的优点 13
第三章 3.5GHz DPD+Doherty放大器设计与分析 14
3.1 电路设计的基本目标与任务 14
3.2 电路设计的框图与步骤 14
3.3 ADS软件简介 14
3.3.1 ADS软件与其他电磁仿真软件的特点比较 15
3.3.2 ADS主要的仿真分析方法 15
3.4 电路仿真结果与探讨 15
3.4.1 直流扫描 15
3.4.2 偏置即稳定性分析 16
3.4.3 负载牵引设计 18
3.4.4 整体Doherty电路仿真 22
3.5 小结 23
第四章 总结与展望 24
参考文献 26
第一章 概述
进入21世纪，无线通讯发展的越来越快，已经成为当今科技最前沿的部门，特别是4G时代的来临，即将成为又一场科技的革命，这其中功率放大器扮演者不可或缺的作用，被广泛的运用到各式各样的无线通讯设备里。伴随着科学技术，尤其是通信技术和计算机技术的飞速发展，通信系统工作频率的日益增高，射频（RF, Radio Frequency）电路得到了全方位的应用，考虑到经济的可行性，各类通信系统都在不断提高各自的技术指标和要求，导致射频电路的设计方法也要革新。Doherty技术是上个世纪30年代被提出，但是科学家越来越重视无线通讯，所以Doherty放大器有了更新的发展。Doherty 技术可以显著提高系统的效率，而DPD技术则更好的优化了线性度，两者结合着具备了现代无线通讯的两大指标。
在当前环境下，伴随着民用和军用无线通讯的发展，特别是第四代移动通信技术的发展，对放大器的要求又有了新的提高。其中WCDMA、CDMA2000、OFDM等通信技术中，这些被放大的信号一般都拥有很高的峰均比，所以在如何满足线性度要求的前提下，让PA工作在更宽的频带，而且还要有高的效率和线性度，这是科学家们一直在研究的。
现代无线通讯中学术界更看重功率放大器的线性度和效率,所以DPD技术和Doherty相结合是解决此类问题的关键所在， 因此DPD技术运用到Doherty 放大器将是科学界未来主要的研究方向。
1.1高效率功率放大器在在现代无线通信系统中的重要作用
随着无线通讯系统的发展，伴随着科技的进步，4G时代已经来临，无线通讯越来越重要，可以说人类已经离不开无线通讯，但是，无线通讯也并不是完美的，其中无线通讯的耗能问题是最突出的一个部分，在设计无线通讯系统中，功率放大器（PA）的设计显得尤为重要，功率放大器（PA）影响整个系统的性能。其中效率和线性度则是功率放大器（PA）的两个重要指标，所以在设计功率放大器（PA）的过程中，我们应该把重点放在功率放大器的效率和线性度上，这两个方面是功率放大器设计的难点，同时也是重点。针对功放效率这一突出的问题, 国内外的科学家们进行了广泛的研究，最后研究出了很多有效的方法，其中包括包络消除和恢复技术(EER)、开关模式放大器技术、包络跟踪技术( Envelope Tracking Technology)、LINC技术和Doherty放大器等。这几种技术都有各自的优缺点，但是Doherty具有突出的优点：结构简单、整个系统的成本低、线性度的影响是比较小的，所以适合现代的无线通讯传输的特点, 因此DPD技术结合Doherty放大器将是现代无线通讯最重要的组成部分。
1.2 主要的高效功率放大器类型
功率放大器根据三极管 的放大信号时的信号工作状态和静态电流的大小可以分为四种类型：第一类是A类放大器电路，第二类是B类放大器电路，第三类是AB类放大器电路，最后是C类放大器电路。 除了上述四种放大器电路，有D、E、F和许多其它类型的放大器电路。如图1-1所示为四种主要放大器的工作状态：
图1-1 功率管工作导通角与效率之间的关系
下面分别介绍一下主要的四类放大器：
A类放大器：在其工作状态下，功放管工作在放大区，所以在这种状况下，输入信号功率管在导通状态的整个期间（整个周期都处于放大区），如果用导通角表示即导通角是360度。A类放大器拥有良好的线性度，但是效率却很低。
B类放大器：其中功放管在B类工作状态下，只有半个周期是工作在放大区(即导通)，如果用导通角表示那么导通角是180度。B类功放的优点则是在静态环境没有功率的消耗，比A类放大器的效率高了很多，在理想情况下可达到78.5％。
AB类放大器：虽然B类功放的效率高于A类功放的效率，但也有它的缺点，其中B类的非线性失真要高于A类，尤其是在输入信号较小时，导通电压会导致交越失真，造成B类功放的非线性失真特别严重。为了解决交越失真问题，必须有一个可行的解决方案，使输入信号消除死区，经过研究，用很小的静态偏置电流可以解决此问题。所以，命名为AB类放大器，AB类放大器的优点是A类和B类放大器的综合，也克服了两种放大器的缺点，因此广泛地应用于各种类型的音频功率放大器 中。
C类放大器：C类放大器的导通时间最短，小于半个周期，C类放大器非线性失真最严重，但其效率是其它三类放大器不可比的，所以C类放大器广泛应用。
1.3 功率放大器的关键技术指标
所有的放大器，衡量其发展水平，通常要从以下的关键技术指标：增益平坦度、放大器增益、效率、噪声系数、1dB压缩点、互调失真、三阶截断点等。
1、增益平坦度：是指放大器的输出信号在给定工作带宽范围内的变化量。在数值上，在最大输出频率范围和最小输出功率的分贝差，单位为dB。
(1.3.1)
2、放大器增益：是指在正常的匹配的条件下，功率放大器的输出功率与输入功率之间的差值，是为了衡量放大器对信号的放大能力。用公式表示为：
（1.3.2）
3、效率：效率是射频放大器极其重要的指标，特别是现代无线通讯系统中，是直流电源的能量转化为信号能量的一种能力。以下是放大器效率的定义：
集电极效率（ ）： （1.3.3）
功率附加效率（ ）： （1.3.4）

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