Doherty理论—理想架构的非对称高回退Doherty功率放大器理论与仿真
参考：
三路Doherty设计
01 射频基础知识–基础概念
Switchmode RF and Microwave Power Amplifiers、
理想架构的Doherty功率放大器（等分经典款）的理论与ADS电流源仿真参考：理想架构的Doherty功率放大器理论与仿真
本文的ADS工程下载：理想架构的非对称高回退Doherty功率放大器理论与仿真
0、高回退Doherty功率放大器
在理想架构的Doherty功率放大器理论与仿真中，已经对平衡的1：1的DPA的理论进行了分析，并在ADS中使用理想的电流源对Doherty的基本原理进行仿真，并对比了传统B类和DPA架构在回退状态下的效率曲线：
我们注意到，传统1：1的DPA的回退范围是6dB的，但是对于现代的调制信号，所需要的回退范围越来越大了，对于原生的20MHz的LTE信号，其PAPR到达8、9dB也非常正常，为了使得DPA能够在更大的回退范围内取得高效率，专家们研究出来了非对称高回退Doherty架构。
1、非对称的高回退Doherty功率放大器
在理想架构的Doherty功率放大器理论与仿真已经介绍了经典的DPA的架构，其最前面有一个功率分配器，1：1分配时，我们在DPA饱和功率的四分之一处打开峰值功放，由此获得了6dB的回退范围。
但是，如果功率分配比不是1：1，而是把更多的功率分配给峰值功放，致使峰值功放提前开启，这样不就能获得更高的回退范围了吗？确实是这样的，Switchmode RF and Microwave Power Amplifiers一书中写到了功率分配比和回退范围的对应关系：
功率分配比和回退范围的对应关系表：
| 功率分配比(载波:峰值) | 回退范围 |
|---|---|
| 1:1 | -6dB |
| 1:2 | -9.5dB |
| 1:3 | -12dB |
| 1:4 | -14dB |
2、ADS中对非对称DPA特性仿真
2.1 非对称DPA的ADS电路图构建
使用理想的电流源进行仿真，使用相位-90来等效峰值功放的相位延迟线，此处假设功率分配比为1：2：
2.2 非对称DPA的电压电流特性
假设饱和电压为50V，载波功放的饱和电流为1A，对于1：2的非对称DPA，载波功放会在输入电流为峰值的1/3处达到饱和（为什么是三分之一处之后会给出证明），此时的输出功率为50 * 0.333 * 0.5=8.33W。而当DPA完全达到最高输出功率后，输出功率为(50* 1+50* 2)* 0.5=75W，由此可得功率比为75/8.33=9，因此回退范围为10*log(1/9)=9.5dB，和上面书中理论一致。
但是，由于分配比为1：2，在饱和时峰值功放的输出功率为载波功放的两倍，也就是其输出电流为载波功放的两倍（单管作为压控电流源）。而对于一般的设计情况，我们使用相同的晶体管来设计DPA，这样峰值功放往往会在饱和时过驱动，从而其线性度有所下降：
2.3 非对称DPA的输出阻抗特性
在理想架构的Doherty功率放大器理论与仿真中，介绍了对称DPA的输出阻抗的基本特性，载波功放的输出阻抗随着有源的负载调制从2Ropt逐渐下降到Ropt，而峰值功放的输出阻抗从无穷逐渐下降到Ropt。这是因为在对称DPA结构中，载波功放、峰值功放在饱和时完全对称，各自提供一半的功率。
但是在非对称的1：2结构中，因为峰值功放的饱和电流是载波功放饱和时的两倍，因此峰值功放的饱和输出阻抗为Ropt/2，其结果为：
2.4 非对称DPA的回退范围与效率
在非对称的1：2结构中，回退范围约为9.5，因此其在回退9.5dB时能够达到B类最佳效率78.54%：
2.5 其他分配比下的一些特性
1：3分配下12dB回退：
1：4分配下14dB回退：
3、改进的非对称高回退Doherty功率放大器
但是，由于分配比为1：2，在饱和时峰值功放的输出功率为载波功放的两倍，也就是其输出电流为载波功放的两倍（单管作为压控电流源）。而对于一般的设计情况，我们使用相同的晶体管来设计DPA，这样峰值功放往往会在饱和时过驱动，从而其线性度有所下降。因此，可以使用多峰值管的结构，例如下面的1：1：1分配的DPA结构：
上图的结构实际上的实现效果和1：2的不对称结构类似，因为同样有两倍的能量由峰值功放提供。但是由于存在两个峰值功放均摊了压力，不会进入过饱和状态，并且在1：2时能够实现9dB的回退：
如果使用更多的峰值功放，其结构也是非常类似的：
4、非对称高回退DPA推导理论
具体的理论推导我暂时没有找到资料嘞，但是有一点需要额外解释。在2、ADS中对非对称DPA特性仿真中，我们实际上要设置两个东西，一个是峰值功放的开启的阈值，一个是功率分配的比率，这两者需要存在一定关系。在2、ADS中对非对称DPA特性仿真中的1：2的功分设计中，峰值功放的开启点设置在载波功放电流达到饱和电流的1/3处。实际上，这个关系是：
假设功分比为1：k
那么峰值功放开启时刻为载波功放电流达到饱和电流的1/(1+k)处
如下图：
功分比和峰值功放开启时刻的关系就包含在上面这张图中，就是峰值功放输出电流和负载电流的斜率要相等，就是蓝色线条和粉色线条平行，这样构建方程就是：
粉色斜率：1+k
蓝色斜率：k/(1-x)，其中x为峰值功放开启的横坐标
斜率相等：1+k=k/(1-x)
结果：x=1/(1+k)
由此可以得到关系了，那么为什么峰值功放输出电流和负载电流的斜率要相等呢。这是因为在载波功放电压进入饱和状态后，其为负载提供的电流是恒定的（I_carrier是逐渐增大，但是其四分之一波长线后的电流保持不变，待会儿证明），那么载波功放饱和、峰值功放开启时，负载增加的电流值全部由峰值功放提供，因此上面蓝色线条和粉色线条平行。
载波功放电压进入饱和状态后，其为负载提供的电流是恒定的（I_carrier是逐渐增大，但是其四分之一波长线后的电流保持不变）的证明：
微带线的ABCD矩阵的推导、转换与级联-Matlab计算实例中介绍了微带线的ABCD矩阵的推导公式：
[
A
B
C
D
]
=
[
cos
β
ℓ
j
Z
0
s
i
n
β
ℓ
j
Y
0
s
i
n
β
ℓ
cos
β
ℓ
]
\begin{bmatrix}A&B\\C&D\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}\cos\beta\ell&\text{j}Z_0\mathrm{sin}\beta\ell\\\text{j}Y_0\mathrm{sin}\beta\ell&\cos\beta\ell\end{bmatrix}
[ACBD]=[cosβℓjY0sinβℓjZ0sinβℓcosβℓ]
我们此处的TL1是四分之一波长线，因此
β
ℓ
\beta\ell
βℓ的值为
π
/
2
\pi/2
π/2，因此：
[
A
B
C
D
]
=
[
0
j
Z
0
j
Y
0
0
]
\begin{bmatrix}A&B\\C&D\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}0&jZ_0\\jY_0&0\end{bmatrix}
[ACBD]=[0jY0jZ00]
ABCD矩阵描述的是端口电压电流的关系，因此有：
V
1
=
j
Z
0
I
2
{V_1} = {\rm{j}}{Z_0}{I_2}
V1=jZ0I2
我们知道在饱和时载波功放的输出电压峰值不变，因此四分之一波长线后的电流I2也不变，由此得证。我们使用ADS仿真也可以验证：
文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-819853.html
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