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2.8GHz–3.6GHz 20W氮化镓Doherty功率放大器的设计方法

【导读】无线电收发器最关键的组成部分之一是功率放大器,负责在传输前提升调制信号,因为它消耗了整个无线电系统消耗的大部分能量。功率放大器的性能确实可以决定发射机的整体性能,不仅在转换效率方面,而且在线性度、可靠性、产量、散热、尺寸和最终成本方面也是如此。饱和时效率最大化的功率放大器拓扑不适合当前的复杂调制方案。在这种情况下,平均效率可以通过系统级解决方案来恢复,如包络跟踪或异相。

然而,像Doherty功率放大器这样的电路级解决方案,无论是单输入还是双输入,如今在基站市场都非常受欢迎,因为它们需要的额外电路更少。此外,必须控制载物台的线性度,因为通常需要没有任何附加线性化器的线性放大器。

研究内容

都灵理工大学的研究人员在最近的工作中,一个20W的氮化镓Doherty功率放大器被设计在3.5GHz,目标是FR1 5G-新的射频频带。影响数据处理协议的主要问题之一,即有限的带宽,是通过特殊设计解决方案优化的。第一个是用混合技术制造的,但相当大的频率偏移妨碍了它在目标频段的完整特性。尽管如此,初步的测量结果是在重新设计过程中提出的。

实验方法

采用两个相同的有源器件,即氮化镓晶体管(CGH40010F),在3.5千兆赫下设计单输入DPA。主器件偏置在AB类(VDS= 28 V,ID= 70 mA),辅器件偏置在C类(VDS= 28 V,VGS= -7.0 V)。通过与栅极串联的并联电阻-电容电路(电阻= 33欧姆,电容= 3.3 pF)以及栅极偏置线上的50ω欧姆,可以确保器件在带内和低频下的无条件稳定性。

2.8GHz–3.6GHz 20W氮化镓Doherty功率放大器的设计方法

正在设计的完整DPA的框图。

2.8GHz–3.6GHz 20W氮化镓Doherty功率放大器的设计方法

模拟散射参数。

2.8GHz–3.6GHz 20W氮化镓Doherty功率放大器的设计方法

2.8GHz至3.6GHz范围内模拟漏极效率和增益与输出功率的关系。

2.8GHz–3.6GHz 20W氮化镓Doherty功率放大器的设计方法

已实现原型的照片。

结论

该研究提出了一种氮化镓Doherty功率放大器的设计。由于将器件寄生元件嵌入Doherty输出组合器,并将其实现为多级四分之一波长变压器,因此实现了宽带性能。模拟结果几乎与5G应用的技术水平一致。然而,由于测量的散射参数与模拟的散射参数相比存在差异,无法通过后调谐进行校正,原型的重新设计正在进行中。

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