劉旭飛

（重慶工商職業(yè)學(xué)院，重慶 401520）

0.引言

眾所周知，伴隨現(xiàn)代無線通信技術(shù)的高速演進，從第二代移通通信發(fā)展到第四代移動通信系統(tǒng)，第四代無線通信技術(shù)已非常成熟，第五代移動通信的應(yīng)用已初現(xiàn)端倪，在第四代無線通信系統(tǒng)中，采用的信號調(diào)制方式比較復(fù)雜，調(diào)制技術(shù)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(fù)用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）調(diào)制方式，該調(diào)制方式的優(yōu)點是調(diào)制后的信號傳輸速率高，但這也帶來了新的問題，當(dāng)信號的傳輸速率變大時會影響無線通信系統(tǒng)中的接收機和發(fā)射機的射頻模塊[1]，尤其是對功率放大單元的設(shè)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(tǒng)為背景，重點設(shè)計研究適用于LTE系統(tǒng)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(shè)計方案

本文基于第四代無線通信系統(tǒng)設(shè)計一款寬帶無線移動通信用功放，一般情況下，在設(shè)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(biāo)造成影響[2]，比如效率指標(biāo)、增益指標(biāo)等，因此，本文擬設(shè)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(shè)計的功率放大器的各項指標(biāo)均能達到設(shè)計要求。

E類功率放大器的設(shè)計指標(biāo)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(shè)計的無線功率放大器的工作頻點為3.56GHz，因此，在設(shè)計過程中應(yīng)該合理選擇功放管，使得所選的功放管包含所設(shè)計的工作頻點，與此同時，實際設(shè)計的功放輸出功率要大于20W，即比設(shè)計要求的輸出功率指標(biāo)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(shè)計目標(biāo)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(shè)計寬帶射頻、輸出高效率方面具有巨大的優(yōu)勢[3]，為此，本文選擇氮化鎵功率放大器來設(shè)計符合設(shè)計指標(biāo)的功率放大電路。

通過大量指標(biāo)性能參數(shù)的優(yōu)選，最終選擇Cree公司的CGH30020作為功率放大器設(shè)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(shè)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(biāo)高于設(shè)計指標(biāo)，綜上分析CGH30020功率放大器管完全符合本文的設(shè)計指標(biāo)要求。

2.非對稱寬帶Doherty功率放大器仿真分析

在ADS2008電路設(shè)計仿真平臺設(shè)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(dāng)其飽和輸出功率為43.2dBm時，相應(yīng)的最大功率額外效率是60.7%。因此，通過仿真結(jié)果證明了本文設(shè)計的功率放大器能夠滿足設(shè)計指標(biāo)的要求，并且在線性放大區(qū)域的增益平坦度滿足小于1.5dB的指標(biāo)要求。

3.結(jié)論

本文利用CGH30020功率放大器管設(shè)計了一種寬帶非對稱Doherty功率放大器，仿真結(jié)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(shè)計指標(biāo)的要求，并且在線性放大區(qū)域的增益平坦度滿足小于1.5dB的指標(biāo)要求，為無線通信系統(tǒng)的射頻前端應(yīng)用打下堅實的實踐基礎(chǔ)。