GaN HEMT Doherty宽带功率放大器设计与测试

"这篇论文由程知群、张明和李江舟共同撰写，发表于杭州电子科技大学学报（自然科学版）2017年第37卷第2期，主要探讨了基于GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）的Doherty功率放大器的宽带设计。通过提出一种新的负载调制网络，他们成功地拓宽了Doherty功率放大器的工作带宽。实测结果显示，这种新型宽带Doherty功率放大器在1.5到2.3GHz的800MHz带宽内具有良好的性能，饱和输出功率在42.66到44.39dBm之间，饱和效率介于52%至66%，6dB功率回退时的效率在46%至50%，相对带宽达到42.1%，并且增益表现平坦。该研究得到了浙江省多项科研项目的资助，并验证了设计方案的可行性。" 本文重点研究了Doherty功率放大器的宽带设计，这是一种广泛应用于无线通信领域的高效功率放大器结构。传统的Doherty功率放大器通常由一个主放大器和一个辅助放大器组成，主放大器在AB类工作状态，负责中等功率输出，而辅助放大器在C类工作状态，处理峰值功率，两者协同工作以提高效率并扩展带宽。然而，传统设计的带宽受限，无法满足现代通信系统对更宽频谱利用率的需求。 为解决这一问题，作者提出了一种新型的负载调制网络，该网络旨在优化主功放和辅功放之间的功率分配，从而实现更宽的频率响应。具体实现中，采用了 Cree 公司的GaN HEMT器件CGH40010F，这种材料因其高速度、高功率密度和高效率特性，常被用于高性能射频功率放大器设计。 实验结果显示，利用这种新型负载调制网络设计的Doherty功率放大器在1.5到2.3GHz的频段内，表现出800MHz的带宽，这表明了设计的有效性。其饱和输出功率在42.66到44.39dBm范围内，表明放大器能提供足够的功率输出。同时，效率范围在52%至66%之间，这意味着能量转换的高效性。当输出功率回退6dB时，效率依然保持在46%至50%，这在功率放大器中是较高的效率水平，对于降低能源消耗至关重要。42.1%的相对带宽证明了设计的宽带特性，且增益平坦性良好，这意味着在整个工作频段内，放大器的增益变化很小，有助于信号质量的稳定。 这项研究为Doherty功率放大器的宽带设计提供了创新思路，通过GaN HEMT和新型负载调制网络，实现了更宽的带宽和高效的功率输出，这对于提高无线通信系统的性能和能效具有重要意义。此外，实际测试的成功验证了该设计方案的可行性，为未来的研究和应用奠定了基础。