2 二次谐波注入分析
为了分析Doherty放大器的非线性,需要对功放管进行建模,这里采用多项式模型来分析。假设功放的非线性模型为:
式中:y(t)为输出信号;u(t)为输入信号;a为功放的非线性系数,该系数与栅极偏置电压有很大关系。对于一般的有源器件,a2为正,a3在AB类偏置下为负,C类偏置下为正。
如果输入一个等幅双音信号:
式中:A为输入幅度;ω1,ω2为双音角频率,ω1<ω2。模型阶数取为三阶,则:
从式(2)可以看出,系数a3对基频增益和三阶交调起主要作用。通常情况下,AB类功放的a3为负,C类功放的a3为正,因此存在AB类增益压缩和C类增益扩展的现象。三阶交调分量与a3和输入幅度A有关。由于Doherty结构中主功放和辅助功放分别工作在AB类和C类,因此二者的a3系数刚好相反。由此可知,通过设置适当的偏置电压和输入功率,可以实现三阶交调在输出端相消,从而改善线性。但是,偏置的改变会影响辅助功放的开启门限,而辅助功放的开启点对整个效率的提升起主要作用。经过研究发现,三阶交调相消的偏置和最大效率改善时的偏置不一样,这也就是说,仅仅靠改变偏置无法达到最优的效果。因此,需要引入更多的可调节变量。为了解决上述问题,从文献中得到启示,引入了二次谐波注入法。但是改善线性的原理同文献中所描述的有所不同。
如果输入端注入二次谐波A1cos(2ω1t+φ1)+A2cos(2ω2t+φ2),则输出端的上边带三阶交调可表示为:
由于第三项数值很小,在此忽略不计,只保留前两项,则:
对于主功放和辅助功放,输入采用均等功分,栅极偏置确定时,a2,a3和A就固定了。这时,两路的三阶交调可表示为:
由此可知,可以通过调节,使得输出端的三阶交调相消而得到改善。对于下边带可以做同样的分析。这时,每一路的三阶交调可能比较差,但是合成后会得到改善。这也是由Doherty独特的结构所决定的。