关于三级Doherty功率放大器的研究

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简介：
本文深入探讨了三级Doherty功率放大器的设计与优化，分析其在无线通信中的应用优势及面临的挑战。为了降低基站能耗并简化散热设计，基于三级Doherty理论（该理论能有效提高功放效率），我们研制了一款平均输出功率为50W的FDD-LTE基站三级Doherty功率放大器，并将其与数字预失真系统结合，在确保线性度的同时，显著提高了功放在高功率回退范围内的效率。实际测试结果表明，该设计下的LTE信号增益约为12.5dB，平均输出功率处的功率附加效率（PAE）保持在40%左右，并且在整个9dB回退范围内，其功率附加效率曲线相对平坦。此外，在数字预失真系统校正后，ACLR达到了-62dBc，满足现代功放高功率回退、高效率和高线性度的设计需求。

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关于三级Doherty功率放大器的研究

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本文深入探讨了三级Doherty功率放大器的设计与优化，分析其在无线通信中的应用优势及面临的挑战。为了降低基站能耗并简化散热设计，基于三级Doherty理论（该理论能有效提高功放效率），我们研制了一款平均输出功率为50W的FDD-LTE基站三级Doherty功率放大器，并将其与数字预失真系统结合，在确保线性度的同时，显著提高了功放在高功率回退范围内的效率。实际测试结果表明，该设计下的LTE信号增益约为12.5dB，平均输出功率处的功率附加效率（PAE）保持在40%左右，并且在整个9dB回退范围内，其功率附加效率曲线相对平坦。此外，在数字预失真系统校正后，ACLR达到了-62dBc，满足现代功放高功率回退、高效率和高线性度的设计需求。

高效Doherty功率放大器的研发

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本项目致力于研发高效的Doherty功率放大器，旨在提高无线通信系统的效率和性能。通过优化设计和新材料的应用，力求实现更高能效与更优线性度，以满足未来通信技术的需求。 ### 高效率Doherty功率放大器的研制 #### 一、引言功率放大器（Power Amplifier, PA）作为无线通信系统中的核心组件，在雷达、导航、卫星通信和个人无线通信等领域扮演着至关重要的角色。随着现代调制技术的发展，如802.11标准和高清电视（High Definition Television, HDTV），以及第四代移动通信（4G）等均采用了具有较高峰值功率比（Peak-to-Average Power Ratio, PAPR）的调制信号。这些信号的特点导致传统功率放大器面临效率降低的问题，因为它们通常在恒定包络或低PAPR信号下表现出较高的效率。 #### 二、高效率功率放大器技术概述为了应对高峰值比信号带来的挑战，各种高效率功率放大器技术应运而生，其中包括Doherty放大器技术。本节将简要介绍几种高效率放大器技术，并重点讨论Doherty放大器的工作原理及其优势。 - **D类放大器**：利用开关模式操作可以实现非常高的效率，但线性度较差，适用于某些特定应用场景。 - **E类放大器**：进一步优化了D类放大器的性能，提高了效率并改善了谐波控制。 - **Harmonic Tuning**：通过调整谐波来提升效率，适用于某些特定调制格式。 - **Load Modulation**：通过动态改变负载阻抗提高效率，在非线性区域内尤其有效。 #### 三、Doherty功率放大器技术详解 ##### 3.1 原理与结构 Doherty放大器是一种非线性功率放大器，它由一个主放大器（Main Amplifier, MA）和一个辅助放大器（Peaking Amplifier, PA）组成。在低功率输入时，只有主放大器工作，提供线性增益；当输入功率增加到一定水平时，辅助放大器开始工作，并通过非线性压缩补偿主放大器的增益下降，从而实现高效的功率传输。 ##### 3.2 特性分析 - **高效工作范围**：Doherty放大器能够在广泛的输入功率范围内保持较高的效率。 - **宽带性能**：相较于其他放大器技术，Doherty放大器具有更好的宽带性能。 - **负载牵引**：利用有源负载牵引技术可以进一步优化Doherty放大器的性能。 - **线性化技术**：为了提高线性度，常采用预失真（Predistortion, PD）技术与Doherty放大器结合使用。 #### 四、Doherty放大器设计与仿真本部分介绍了如何利用Agilent公司的先进设计系统（Advanced Design System, ADS）和Freescale公司的功放经验模型进行Doherty放大器的设计。 1. **设计流程**： - **负载牵引理论**：通过负载牵引理论确定最佳负载条件。 - **元件选择**：根据性能需求选择合适的放大器元件。 - **参数优化**：通过仿真调整参数以达到最优性能。 - **验证测试**：完成实物制作后进行测试验证。 2. **软件工具**： - **ADS**：用于电路设计和仿真的高级工具。 - **MATLAB**：用于预失真算法开发和仿真结果分析。 3. **线性化技术**： - **预失真技术**：通过在信号进入放大器之前对其进行处理，抵消放大器引入的非线性失真。 #### 五、结论与展望通过上述研究，成功设计出一种适合较高峰值功率比信号的高效率和线性的Doherty功率放大器。该放大器不仅提高了能源利用率，降低了能耗，并为未来无线通信系统的高性能需求提供了有力支持。未来的研究方向包括进一步优化放大器性能、探索更先进的线性化技术和扩展工作频段等。随着无线通信技术的进步和发展，对高效率功率放大器的需求将持续增长。Doherty放大器作为一种高效且灵活的技术方案，在未来的通信系统中将发挥重要作用。

Doherty射频功率放大器设计与实现的研究.pdf

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本文档深入探讨了Doherty射频功率放大器的设计原理及其优化方法，并详细介绍了其实现过程和应用前景。射频功率放大器是无线通信系统中的关键组件，在现代无线通信环境中面临着信号峰均比（PAR）增加的挑战，这要求射频功率放大器在保持线性度的同时提高效率。Doherty射频功率放大器由于其实现简便且能与其他传统技术如预失真和前馈等结合使用，成为高效率、高性能功放的理想选择。早在1936年，W.H.Doherty就提出了这种概念，并将其应用于低频幅度调制广播系统。Doherty功率放大器的电路结构包括一个主功率放大器与一个辅助功率放大器：前者工作在AB类状态，后者则为C类。通过特定网络设计实现相位平衡和阻抗变换功能，当主功放接近饱和时，辅助放大器开始运作并提供额外电流以降低负载电阻，使主功放在高效率状态下继续运行。 Doherty功率放大器的设计需要考虑多个关键参数：中心频率、工作带宽以及在特定回退条件下的漏极效率。基于ADS软件平台设计的此类器件，在2.35GHz中心频点下支持100MHz的工作范围，并且当功率下降6dB时，可实现超过40%的漏极效率。该放大器的设计涉及复杂的射频理论和实践操作技术，包括精确建模、阻抗匹配网络及偏置电路设计等。ADS软件为工程师提供了强大的工具集以支持这些复杂任务，在实际制造与测试之前完成详细的模拟优化工作。随着现代无线通信系统向高速度高宽带宽传输的发展趋势，RF收发器必须能够处理更宽的频段和更快的变化信号，并且保持较高的线性度来避免失真。这增加了射频功率放大器设计中的复杂性和挑战性。提高效率是当前研究的重要领域，常用的技术包括Doherty技术、包络消除与恢复（EER）以及包络跟踪（ET）。由于其实现方式较为简单和易于与其他线性化技术结合使用以提升性能而不会显著增加系统复杂度或降低可靠性，因此Doherty放大器备受青睐。本段落由北京邮电大学电子工程学院的学生李琳瑶完成，并得到了唐碧华教授的指导和支持。两位作者的研究成果为Doherty射频功率放大器的设计与实现提供了新的理论基础和实践案例。

Doherty射频功率放大器设计与实现的研究论文.pdf

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本文探讨了Doherty射频功率放大器的设计与实现方法，分析其工作原理及优化策略，旨在提升无线通信系统的效率和性能。 Doherty射频功率放大器的设计与实现由李琳瑶和于翠屏完成。作为无线通信系统的关键组件，功率放大器越来越受到关注。随着信号峰均比的提高，基站对功放在保证线性指标前提下提出了更高的要求。

基于GaN材料的高效Doherty射频功率放大器研究与设计

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本项目专注于基于氮化镓(GaN)材料的高效Doherty射频功率放大器的研究与开发，致力于提升无线通信系统的性能。 GaN材料高效率Doherty射频功率放大器的研究与设计

关于OTL功率放大电路的研究

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本文深入探讨了OTL（输出变压器漏斗）功率放大电路的工作原理、设计方法及其在音频设备中的应用，并分析了其性能优化策略。北邮 OTL 功率放大电路的研究及 Multisim 仿真分析

Doherty功放的研究与设计

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本文聚焦于Doherty放大器的研究与创新设计，探讨其工作原理、性能优化及应用前景，为无线通信技术的发展提供新的思路。 ### Doherty功率放大器研究与设计 #### Doherty功率放大器原理及设计要点 Doherty功率放大器是一种高效、高性能的功率放大技术，在现代无线通信领域中扮演着重要角色，特别是在需要高线性度和高效率的应用场景下，如WCDMA基站等。 ##### 1. Doherty功率放大器原理概述 Doherty功率放大器由两个主要部分组成：主放大器和辅助放大器。其中，主放大器通常工作在B类或AB类模式中，而辅助放大器则运行于C类模式下。这种设计使得当输入信号较小时，只有主放大器参与工作；随着信号强度增加至一定阈值后，辅助放大器开始发挥作用，从而在整个动态范围内保持较高的效率。 - **主放大器**：负责处理大部分的功率，并通过90°四分之一波长线实现阻抗变换。这种设计确保在辅助放大器启动时能够降低视在阻抗。 - **辅助放大器**：当信号强度达到特定条件后被激活，提供额外的输出功率支持以进一步提升系统性能。该组件使主放大器负载减轻，在其输出电压饱和的情况下通过增加电流来提高整体系统的效率。这种结构使得Doherty功率放大器即使在回退状态下也能保持较高效率，并且在峰值功率的一半左右时达到最佳效能点。 ##### 2. Doherty功率放大器的设计流程设计一款性能出色的Doherty功率放大器需要经过以下步骤： - **选择合适的元件**：根据所需的技术指标（例如30W的额定输出，50dB的增益，以及工作频率在2110～2170MHz范围内），选取适当的LDMOS管件作为核心部件。这里选用摩托罗拉生产的MRF21060型号，在最大功率模式下可提供高达120W的总输出，并且当回退至30W时仍然能够维持高效率。 - **确定静态工作点**：为了实现Doherty结构的功能，需要分别设定主放大器和辅助放大器的工作状态。通常情况下，主放大器处于AB类模式运行而辅助放大器则在C类模式下操作。通过调整合适的偏置条件来满足设计需求。 - **阻抗匹配设计**：确保整个系统能够在指定的频率范围内高效工作的重要环节是进行精确的阻抗匹配网络的设计和优化。这包括主放大器与辅助放大器之间的相互匹配，以及它们与外部负载之间的一致性处理。 - **90°合路器设计**：为了保证两个放大器输出信号能正确地同相叠加，需要精心设计一个具有90度相位差的组合单元作为关键组件之一。这对于维持系统的整体性能至关重要。通过合理选择元件、精确调整工作点和优化匹配网络等措施，可以实现既高效又线性良好的Doherty功率放大器设计目标，在追求高效率与高性能要求的现代无线通信领域中具有重要应用价值。

基于GaN HEMT Doherty的宽带功率放大器——程知群

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程知群专注于研究基于GaN HEMT技术的Doherty宽带功率放大器，致力于提升无线通信系统的效率与性能。本段落探讨了宽带Doherty功率放大器设计的相关问题，并提出了一种新型负载调制网络以拓宽其带宽。采用CREESemiconductor公司的GaNHEMT功放管CGH40010F，应用该新方案设计并制造了一款宽带Doherty功率放大器进行了测试。主放大器在AB类工作状态下，直流偏置为Vds=28V和Vgs=-2.7V；辅助放大器则在C类下运行，其直流偏置设定为Vds=28V,Vgs=-5.5V。实验结果显示，在1.5到2.3GHz的频段范围内（带宽达800MHz），该新型宽带Doherty功率放大器展示了良好的性能：饱和输出功率范围在42.66至44.39dBm之间，效率则介于52%和66%，当回退到6dB时，效率保持在46%-50%。此外，其相对带宽达到了42.1％且增益平坦。这些测试结果验证了该设计方案的可行性。关键词：Doherty功率放大器；宽带；负载调制网络

平衡结构的宽带Doherty射频功率放大器

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本研究设计了一种基于平衡结构的宽带Doherty射频功率放大器，旨在提升无线通信系统的效率与性能。通过优化电路架构，实现了宽频率范围内的高效能量转换和低功耗运行，为5G及未来移动通信技术提供了有力支持。为了满足未来通信系统对多波段多模式射频功率放大器的需求,有必要改进传统的Doherty结构。基于传统Doherty架构,通过分析其输出合路结构的阻抗变换比，阐明了该比例对于带宽的影响，并采用平衡式设计来扩展合路带宽。最终，利用CREE公司的Ga N功放管开发了一款工作在1.85—2.65GHz频段的Doherty功率放大器，在整个频率范围内输出功率回退为5~6dB时，漏极效率超过38%，最大输出功率大于44dBm，并且整体合路增益约为10dB。这证明了所采用合路结构的有效性。

Doherty放大器

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Doherty放大器是一种高效的射频功率放大器架构，由P.H. Doherty于1930年代提出。它在现代通信系统中广泛应用，尤其是在高效率和大信号动态范围要求的应用场景下。 Doherty功放原理及ADS仿真技术的介绍适合刚入门的功率放大器设计人员阅读。