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TechnicalFeature 技术特写 测试和测量

所以会发生以下两种 所有能表达为单口网络策动点阻抗的函 公共和军用无线电
RF In φ Output Θ 情况：一是这些电容 数提供了必要和充分条件，奠定了网络
Match 器上的电荷将发生变 综合诞生的基础。由并联-串联LC支路 卫星通信
λ/4 λ/4 化；二是一般而言电 或是串联-并联LC支路构成的广义网络
λ/4 工业、科学和医疗
Θ Output φ ∑ 容量本身是和电压有 的策动点阻抗可以通过Foster定理得到。
Match
Z L 关的，会在电源调制 首先采用部分分式展开法将需要处理的 民用和国防雷达
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下发生变化 。从中 有理函数分解为电感及电容部分。接下
可以得出两个影响： 来便可以根据连续分式展开所得到的固
图3：双路Doherty功放。 7
首先简单的电容模型 定策动点驱动搭建起单口网络 。网络综
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想效率，但同时它也会降低放大器产生 并不够，因为我们是通过漏极调制来控 合理论的提出，涵盖了正实函数 、策动
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的功率。时域波形由器件在某一频率下 制电荷，所以需要一个完全保守场模型 点阻抗转化为RLC网络 以及插入损耗法
给出的阻抗所决定。器件的拐点电压和 4,5 ；其次，GaN器件的C ds 对于漏极电压 10 等方面。
漏极最大电压V dmax （图2）造成的截断是 变化非常小，使得GaN工艺很适用于漏
产生谐波的原因。 极调制的功放，这种情况下C ds 就近似于 网络综合的实现
栅极和漏极电压控制了电荷在晶体 一个平行板电容器，可以很容易地进行 很快，双口网络综合技术便紧随其
管沟道中的迁移。通过策动点阻抗来调 替代，算是开了个好头。这和LDMOS器 后突飞猛进。Bode开发了一种基于镜像
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节这些电压，就基本确定了放大器的表 件形成了鲜明对比，后者的C ds 会随漏极 参量法 的技术，其中网络的各个部分
现。需要注意的是，我们前面所说的电 电压发生巨大变化。功放设计里一般通 分别被定义为带通或带阻，并依据这些
荷，既有沟道中的自由电荷，也包括了 过使用场板来将C gd 对于漏极电压的变化 设定来完成滤波器部分。这项技术虽然
贮存电荷。自由电荷是阻性的，而贮存 控制在最小。对于研发人员而言，漏极 无法实现任意的频率响应，不过对于简 二极管
电荷则是无功的，因此可通过负载的实 电源调制下的功率晶体管可以被看作是 单架构的设计而言十分有用。
部来控制自由电荷，用虚部来控制无功 一个输出导纳随偏置变化的电流源。通 起初，通过假设完全对称的网络，
电荷。 过选取输出匹配的阻抗来使得器件的输 Foster定理从LC单口被扩展到了LC双口。
出导纳产生变化，达到最佳性能。 Cauer验证了Foster定理适用于LC n口网
Doherty放大器设计 络，并证明了只要通过线性变换，便能
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Doherty原理 是一种效率增强技 针对不同负载的功放设计 够互推出所有的等价LC网络。Belevitch 12 高性能射频领域值得信赖的品牌
术，通过采取主动负载牵引技术来调制 在诸如无线电力传输、雷达和加热 开发了三种用于综合LTI互逆n口网络的方
晶体管策动点阻抗。Doherty功率放大器 等应用中，功放的负载并不是恒定的。 法。其中第一种方法采用连续消阻法，可
结合了两个或以上晶体管通过四分之一 负载的实部和虚部都可以在很大的范围 惜太麻烦并不具备实际应用价值，不过它
波长传输线偏置的输出（图3）。在低功 内发生变化。负载变化通常通过切换元 证实了任意正实阻抗或是导纳矩阵 13,14 都 MACOM致力于为全球客户提供业界领先的二极管设计和特定应用的解决
耗时，只有载波放大器导通，因而能达 器件来解决，但这一过程可能导致系统 是可以实现的，表明运用RLC组件以及理 方案。
到比全功率状态下的单晶体管放大器更 发生瞬变。功率晶体管在不同时刻接入 想变压器便能够形成完整的n口系统。最
高的效率。随着输入功率的增加，载波 阻抗不同，大大增加了功放设计难度。 初的方案基于Darlington的单口网络设计 MACOM的设计和应用工程师秉承65年的优良传统，致力于通过面向任务关键型应用的
放大器达到饱和状态，此时峰值放大器 这些架构方面的例子都证明了任何功放 进行了扩展，即实现了用终端电阻将n口 新一代宽带射频解决方案来巩固领先地位。我们的射频专家团队利用最新的半导体技术
导通，调节载波放大器的策动点阻抗， 设计的核心要素都是有源器件与所在网 网络改为2n口无功网络。通过这便得到了 和最先进的铸造工艺，助力在带宽、功率、封装和可靠性方面达到全新的性能水平。
从而改变其性能。Doherty功放在理想条 络的交互点上的策动点阻抗。 一个公式，对于互逆和非互逆n口网络均 只有MACOM才能提供：
件下，载波放大器的负载会由最大效率 引入散射参数及散射矩阵，从而使等价
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点拉至其最大功率点。 网络综合 问题得以解决 。 二极管支持服务 可扩展二极管产品组合 专利技术
Doherty负载的调节使得通过晶体管 通过回顾网络理 ω 1 ω 2 > 提供量产批准：确保我们 > PIN 二极管、肖特基二极 > AlGaAs：高频开关产品组合最
的电流产生变化，因此沟道中的电荷也 论的一些基础知识， 的工厂内保持安全库存 管、变容二极管、齐纳二 高可达94 GHz
发生变化。载波放大器在达到饱和前都 我们可以看到应当如 ω 2 – ω 1 水平 极管、整流器和稳流器 > HMIC：高功率二极管和开
可被看作是一个电流源，饱和后的工作 何调整并运用这些方 ω 1 + ω 2 2ω 1 + ω 2 ω 1 + 2ω 2 > 产品扩展/变型，定制设计 > 片式电容器、衰减器、薄 关产品组合（ 0.1-20 GHz,
形态则呈现出电压源的特性。当峰值放 法来设计阻抗环境， Amplitude 特色： 和开发 膜电阻器和螺旋电感 6.5W CW入射功率）
大器开始工作后，在饱和前的状态也与 从而使功率晶体管的 MSS 系列混频器专用 > 高可靠性的筛选功能：宇 > 射频/微波/毫米波和直流
通用解决方案
航、军级、特军级和超特
电流源类似。从而随着峰值放大器逐渐 性能发挥到极致。 0 2ω 1 – ω 2 2ω 2 – ω 1 2ω 1 2ω 2 3ω 1 3ω 2 硅肖特基二极管 军级，经过宇航级认证的 > 集成二极管产品：开关模
达到最大功率，Doherty功放可表示为一 网络综合这门 (a) Frequency 射频和直流设备 块、限幅器模块、梳状波
个电压源（载波装置）及电流源（峰值 技术，只需要以传输 > 应用支持：经验丰富的一 发生器和驱动器模块
装置）的并联。 函数或策动点阻抗形 Impedance ω 1 ω 2 流团队支持您的关键需求
式给出所需频率响 Matching
电源调制放大器 应，便可实现网络模 Network
在诸如包络跟踪（ET）等动态电 型。Cauer和Foster定 Amplitude
源调制方案中，通过调节电源电压V d 将 理解决了电网综合问
摆幅保持为V d -V knee 的最大值，从而实 题。最早问世也是最
现不同的输入功率电平下都能保持高效 为广泛应用的网络综 (b) Frequency
率。经由漏极调制，栅极电压通常保持 合方法适用于双元网
恒定，因此C gs 大致稳定，器件沟道上的 络：LC、RC或RL。 图4： (a)强双音信号作用下晶体管失真情况，(b)通过设计阻 了解更多内容：
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电压随C ds 和C gd 两端的电压变化而变化。 Foster的电抗定理 为 抗匹配电路使得失真问题最小化。 www.macom.com/diodes
20 Microwave Journal China 微波杂志 Sep/Oct 2017