5G射频功率放大器的研究

黄福广

（上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海，201100 ）

0 前言

第五代移动通信技术是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继4G（LTE）、3G（UMTS等）和2G（GSM）系统之后的延伸。2019年10月中国三大运营商已陆续开通对应地区网络覆盖，国内外各大手机厂商也陆陆续续发售5G手机产品，可见5G即将迎来用户爆发式增长。移动通信的基站设备大部分不会长时间处于满负荷状态，因此射频功率放大器的功率回退范围及效率保证是5G通讯的一个研究内容。在众多射频放大器里，功率回退效率、线性度好的Doherty功放脱颖而出，但是由于传统Doherty功放因1/4λ波长传输线在不同频率下的相位偏移等因素对宽带的影响，导致它的带宽比较窄，显然无法满足5G的通信设备的诉求。本文首先从原理上分析了传统Doherty功放宽带限制的原因，基于主功放匹配和后级电路阻抗匹配，解决了Doherty功放的带宽限制这一问题。最终基于Cree公司的CGH40010F的GaN晶体管仿真了一款工作在3.4-3.7GHz频段的宽带高效的Doherty功率放大器。

1 Doherty功率放大器原理分析

Doherty功率放大器结构是W.H.Doherty在1936年的时候提出的，主要思路是基于有源负载调制技术进行动态的调制技术。其结构是输入端使用二等分功分器将信号分成两路，这两路使用不同类型的功率放大器，一路作为主功放（工作在AB类），一路为辅助功放（工作在B/C类），在主功放这路输出端加入1/4λ传输线用于阻抗变换，为了保证输出抑制在辅助功放这路输入端也加入1/4λ线进行匹配相位，通这种方案来实现有源负载的调制，使得Doherty功放在输出功率回退以后仍然可以保持较高的效率。……