250 W三路高功率Doherty放大器的设计

摘要：为了提高数字电视发射机的效率，采用一种新型的三路Doherty电路。基于传输线理论和有源负载牵引理论，推导出三路Doherty的工作原理，同时利用ADS设计一个双三路Doherty电路，并用于数字电视发射机。仿真结果表明，该放大器在功率回退9．1 dB时，出现第一个效率峰值点，在整个回退范围内具有3个效率峰值点。实测结果表明，在610 MHz中心频率和54 dBm输出功率下，该放大器的效率可达41．2％。
关键词：数字电视发射机；功率放大器；三路Doherty电路；效率峰值点

0 引言
现代通信系统和数字电视系统中，各种先进技术的使用，使得信号具有很高的峰均比。为了满足线性要求，射频功率放大器必须工作在深度回退状态，因此效率很低，进而增加系统散热成本，也给系统稳定性带来严峻考验。目前，提出的效率增强技术有包络消除与恢复技术(EER)、包络跟踪技术(ET)、利用非线性元件线性放大技术(LINC)和Doherty技术等。Doherty技术由于结构简单，易于实现，得到了广泛应用。
然而传统的两路对称Doherty其高效率的动态范围为6 dB，对于具有更高峰均比的信号，其提高效率的性能是有限的。为了进一步提高Doherty的效率，采用的结构有非对称结构和多路结构。其中，非对称结构虽然可以拓展高效率范围，但其效率在两个峰值点之间明显下降；而多路结构不但能拓展效率范围，并且有多个效率峰值点，具有更高的效率。本文将介绍两种结构的三路Doherty电路，然后基于传输线理论和有源负载牵引理论推导出它们的工作原理；同时利用ADS设计一个新型的应用在数字电视发射机上的250 W双三路Doherty电路。仿真及实验结果表明，该电路在峰均比为10 dB的OFDM数字电视信号下，输出功率为250 W时，效率可达41．2％。

1 三路Doherty的工作原理
传统的三路Doherty电路如图1所示，文献已经详细推导了其工作原理。理论上该电路在一定的功率回退范围内有3个效率峰值点，但其存在的问题是：当输出功率达到一定水平时，主功放的负载调制作用中断而处于深度饱和状态，从而引起严重的线性问题；同时当所选器件功率比为1：1：1时，第一个效率峰值点出现的位置同两路对称Doherty一样，在回退6 dB处时，该结构并不能拓宽高效率的范围，只是在回退6 dB的范围内进一步改善效率。

本文将介绍一种新型的三路Doherty电路，它能充分发挥负载阻抗的调制作用；同时，当器件功率比为1：1：1时，它能在更大回退范围内获得高效率。新型三路Doherty的结构如图2所示，它同样由1个主功放和2个峰值功放组成，与传统三路不同的是它将两路Doherty中的峰值功放再用一个Doherty结构代替；同时为了保持各路功放输出相位的一致，在主功放和峰值功放2输入端加入了90°传输线。