無線通信系統中的非對稱寬帶Doherty功率放大器設計研究＊

劉旭飛

（重慶工商職業學院，重慶 401520）

0.引言

眾所周知，伴隨現代無線通信技術的高速演進，從第二代移通通信發展到第四代移動通信系統，第四代無線通信技術已非常成熟，第五代移動通信的應用已初現端倪，在第四代無線通信系統中，采用的信號調制方式比較復雜，調制技術的種類也很多，最具有代表性的為LTE-FDD。在LTE-FDD（Long Term Evolution-Frequency Division Duplexing）、LTE-TDD（Long Term Evolution-Time Division Duplexing）中用到的正交頻分復用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）調制方式，該調制方式的優點是調制后的信號傳輸速率高，但這也帶來了新的問題，當信號的傳輸速率變大時會影響無線通信系統中的接收機和發射機的射頻模塊[1]，尤其是對功率放大單元的設計提出了更高的要求。本文的目的是以第四代無線通信系統為背景，重點設計研究適用于LTE系統的高效率、高回退的非對稱Doherty功率放大器。

1.非對稱寬帶Doherty功率放大器設計方案

本文基于第四代無線通信系統設計一款寬帶無線移動通信用功放，一般情況下，在設計功率放大器時是不考慮諧波對通信信號的影響，但是，實際情況中，諧波分量會對功率放大器的很多性能指標造成影響[2]，比如效率指標、增益指標等，因此，本文擬設計一款E類功率放大器，該放大器能夠較好的控制諧波分量造成的不良影響，因此，所設計的功率放大器的各項指標均能達到設計要求。

E類功率放大器的設計指標如下：

（1）工作頻段：3.56GHz，頻段的帶寬大于300MHz；（2）輸出功率：輸出功率大于20W；（3）小信號增益：≥12dB；（4）增益平坦度：≤1.5dB；（5）頻段的漏極效率DE：≥60%；（6）頻段臨近信道功率比：≤-45dBc。

本文所設計的無線功率放大器的工作頻點為3.56GHz，因此，在設計過程中應該合理選擇功放管，使得所選的功放管包含所設計的工作頻點，與此同時，實際設計的功放輸出功率要大于20W，即比設計要求的輸出功率指標要高，這樣選擇的原因是考慮到在工作過程中會伴有功率的損耗問題，另外一個原因是考慮到要想達到設計目標效率，需要使用近似飽和的功放管。由于氮化鎵功率放大器在設計寬帶射頻、輸出高效率方面具有巨大的優勢[3]，為此，本文選擇氮化鎵功率放大器來設計符合設計指標的功率放大電路。

通過大量指標性能參數的優選，最終選擇Cree公司的CGH30020作為功率放大器設計所用的功放管。CGH30020功率放大器管的工作電壓為23V，同時該功率放大器管還有比較寬的工作頻帶，能夠滿足設計帶寬的要求。CGH30020功率放大器管的飽和輸出功率為23W，該指標高于設計指標，綜上分析CGH30020功率放大器管完全符合本文的設計指標要求。

2.非對稱寬帶Doherty功率放大器仿真分析

在ADS2008電路設計仿真平臺設計出的非對稱寬帶Doherty功率放大器總體電路圖如圖1所示。

接下來對3.56GHz進行頻點效率、增益仿真分析。3.56GHz的工作效率、增益曲線分別如圖2所示。

圖2 3.56GHz的工作效率、增益曲線

通過分析圖2所示的3.56GHz的工作效率和增益曲線可知，當其飽和輸出功率為43.2dBm時，相應的最大功率額外效率是60.7%。因此，通過仿真結果證明了本文設計的功率放大器能夠滿足設計指標的要求，并且在線性放大區域的增益平坦度滿足小于1.5dB的指標要求。

3.結論

本文利用CGH30020功率放大器管設計了一種寬帶非對稱Doherty功率放大器，仿真結果表明，飽和輸出功率為43.2dBm時，最大功率額外效率是60.7%，滿足設計指標的要求，并且在線性放大區域的增益平坦度滿足小于1.5dB的指標要求，為無線通信系統的射頻前端應用打下堅實的實踐基礎。