基于二次諧波注入的Doherty功率放大器

2 二次諧波注入分析
為了分析Doherty放大器的非線性，需要對功放管進行建模，這里采用多項式模型來分析。假設功放的非線性模型為：

式中：y(t)為輸出信號；u(t)為輸入信號；a為功放的非線性系數(shù)，該系數(shù)與柵極偏置電壓有很大關系。對于一般的有源器件，a2為正，a3在AB類偏置下為負，C類偏置下為正。
如果輸入一個等幅雙音信號：

式中：A為輸入幅度；ω1，ω2為雙音角頻率，ω1ω2。模型階數(shù)取為三階，則：

從式(2)可以看出，系數(shù)a3對基頻增益和三階交調(diào)起主要作用。通常情況下，AB類功放的a3為負，C類功放的a3為正，因此存在AB類增益壓縮和C類增益擴展的現(xiàn)象。三階交調(diào)分量與a3和輸入幅度A有關。由于Doherty結構中主功放和輔助功放分別工作在AB類和C類，因此二者的a3系數(shù)剛好相反。由此可知，通過設置適當?shù)钠秒妷汉洼斎牍β剩梢詫崿F(xiàn)三階交調(diào)在輸出端相消，從而改善線性。但是，偏置的改變會影響輔助功放的開啟門限，而輔助功放的開啟點對整個效率的提升起主要作用。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，三階交調(diào)相消的偏置和最大效率改善時的偏置不一樣，這也就是說，僅僅靠改變偏置無法達到最優(yōu)的效果。因此，需要引入更多的可調(diào)節(jié)變量。為了解決上述問題，從文獻中得到啟示，引入了二次諧波注入法。但是改善線性的原理同文獻中所描述的有所不同。
如果輸入端注入二次諧波A1cos(2ω1t+φ1)+A2cos(2ω2t+φ2)，則輸出端的上邊帶三階交調(diào)可表示為：

由于第三項數(shù)值很小，在此忽略不計，只保留前兩項，則：

對于主功放和輔助功放，輸入采用均等功分，柵極偏置確定時，a2，a3和A就固定了。這時，兩路的三階交調(diào)可表示為：

由此可知，可以通過調(diào)節(jié)，使得輸出端的三階交調(diào)相消而得到改善。對于下邊帶可以做同樣的分析。這時，每一路的三階交調(diào)可能比較差，但是合成后會得到改善。這也是由Doherty獨特的結構所決定的。