雙頻帶 Doherty 左右手傳輸線功率放大器

圖 5-21 為雙頻帶 Doherty 左右手傳輸線功率放大器電路圖。而圖 5-22 是雙 頻帶 Doherty 左右手傳輸線功率放大器電路圖焊接照片和其背板焊接照片。

Carrier Amp 2-stage Wilkinson power divider

CRLH-TL +90/-90 phase shifter Port 1

Dual band 0.85GHz/1.9GHz unit cell power amplifier C1

埠，除了接訊號輸入和訊號輸出外，其他 2 埠接 50



的負載，用來吸收多餘的反 射功率。而在耦合器前端和 Doherty 功率放大器後端都有接直流阻斷器，用來保護 直流偏壓不受外部電路架設的影響。最後在外部加上 20dB 的衰減器，以便量測。

圖 5-23 Doherty 功率放大器設置大訊號功率量測照片。

圖 5-24 為單位放大器之 S₂₁量測結果與模擬結果，在 0.85GHz 上有 8.4dB 的 增益，比模擬的 11dB 少約 2.6dB。而在 1.9GHz 量不到增益量，推論是因 FR4 板 材和元件的損耗造成。但在相對低頻的 1.7GHz 處，還是可以量到 3.3dB 的增益大 小。比模擬時 5.6dB 也下少約 2.3dB。

圖 5-25 中，S₁₁與趨勢皆與模擬接近，但 S₂₂在頻帶內匹配較差。模擬中 S₂₂ 都可有-10dB 以下的匹配量，但在量測中只有分別達到-3.1dB 和-3.2dB 的輸出反射 係數大小。可見因輸出匹配沒有到達相當程度的匹配，進而影響了 S₂₁ 增益量的 大小。相對於 S11在頻帶內都有達到-10dB 以下的匹配。

圖 5-24 小訊號 S₂₁參數模擬與量測結果。

0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2

0.4 2.4

-35-30 -25-20 -15-101015-505

-40 20

freq, GHz

S21_meaS21_sim

S21_mea S21_sim

圖 5-25 小訊號(a)S₁₁及(b) S₂₂模擬與量測結果。

而在 1.9GHz 的頻帶中，因為無法量到小訊號 S 參數增益的緣故，因此在 1.9GHz 上的增益量應為 0。在主放大器開通，峰值放大器關閉的情況下，無法順 利地量到增益，但在高輸入功率的操作下，應該還是可以看見 Doherty 功率放大器 退回功率效益的現象。故一樣去做 1.9GHz 大訊號量測，其結果如圖 5-27 所示。

由圖 5-27 可觀測出在小功率時，由於增益不如預期，所以功率附加效率也無 法符合模擬結果。但在效率的方面，因為效益只跟輸出功率和直流消耗功率有關，

不受增益的影響。故在小輸入功率的地方，紫線的效率線也可以符合模擬結果。

也可從這得知，要是增益大小跟模擬結果符合時，黑線的功率附加效率也可回復 到如模擬結果所預期。

而在高輸入功率方面，大約輸出功率為 25dBm 時，因輔佐放大器和主放大器 都運作的關係，Doherty 整體放大器明顯有變為有增益，這時增益大約為 2.6dB。

而功率附加效率因為增益的原因而上升，也有 14.3%的功率附加效率。雖然相較模 擬結果增益和功率附加效率分別為 4dB 和 32.3%有相當程度的落差。而在更大輸 入功率時，增益和效率持續下掉，因 1.9GHz 增益量測不到的緣故。

圖 5-27 Doherty 功率放大器 1.9GHz 輸出功率量測與模擬比較圖。

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第6章 結論

多頻或寬頻的 Doherty 功率放大器為近年來相當廣泛討論的議題。尤其在 Doherty 的通訊應用上，與傳統功率放大器相較之下，具有增高包絡峰/均功率比、

增強在退回區的功率附加效率等優勢。因近年來應用相當廣泛。

除了 Doherty 功率放大器的應用，近年來認知軟體無線電的發展，也使得寬 頻/多頻功率放大器的需求大為增加。

但傳統的傳輸線匹配寬頻或多頻的 Doherty 功率放大器，因自身傳輸線可用頻 寬有所限制，而且需要複雜的輸出入匹配電路，因此多用於基地台的發射裝置或 大功率的發射器上。但是所佔的電路尺寸和寬頻/多頻帶來的複雜度一直是其難以 設計的主因。

本論文利用人造左右手傳輸線原理來設計外部所需的動態負載調制，達成雙頻 之功率阻抗匹配，進而達成降低複雜度和縮小電路尺寸等目的。同時參考文獻[25]

來設計電路前的寬頻功率分配器。最後依功率和頻帶的需求下，選取適合的功率 放大器電路，將其組合成雙頻 Doherty 功率放大器。

因為使用左右手傳輸線組合而成，我們可以控制頻率和相位在任意左右手傳輸 線中。所以此設計流程也可用於任意雙頻帶 Doherty 架構中。可以選擇任二頻率在 左右手傳輸線上，一樣可以達成

   90 / 90 

的相位變化。因此本論文提出一種 完整的電路設計流程，依照本論文提出的流程，可快速地設計在任意雙頻帶中，

所需要高功率和高效率的 Doherty 功率放大器。

模擬結果可在 0.85GHz 上，達到在高功率時有 52%和溯回區有 37.67%的功率 附加效率。而實際量測上，因為 0.85GHz 的模擬和量測結果，小訊號和大訊號比

較符合。因此可以得到較佳的量測結果，分別為在高功率時有 48.2%和溯回區有 25.35%的功率附加效率。而在較高頻帶 1.9GHz 中，因為在 Doherty 架構中的主放 大器運作時，量測不到增益，使得後續的量測結果都不如預期。推測主要原因是 因為輔佐放大器的外部輸出阻抗匹配，無法達到理想中開路的狀況，使得主放大 器開通所放大的增益，從輔佐放大器分散，故增益不如預期。

未來方向可以重新選取適合的功率大小和頻段範圍，在此條件之下再去考慮 功率放大器電晶體的選取。功率放大器的選取也得注重從外部看回的阻抗大小和 相位變化，是否和模擬相符合。如果輔佐放大器不管在運作或關閉的情形之下，

阻抗變化可以和模擬相符合，Doherty 功率放大器高頻帶 1.9GHz 的增益應可以如 預期量測得到，而大訊號量測結果的功率附加效率應該就會如 Doherty 功率放大器 所預期。

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在文檔中 使用左右手傳輸線設計雙頻帶Doherty功率放大器 (頁 83-94)