本文介紹有關用于LTE 微蜂窩式與有源天線系統式基站應用的小型高效GaN Doherty 放大器。該Doherty 放大器采用TriQuint 半導體公司開發的T1G6001528-Q3 器件，是一種寬頻帶的分立GaN 射頻功率晶體管。該Doherty 放大器具有以下特征： 在LTE 頻率范圍（2.62 GHz ~ 2.69 GHz） 、平均輸出功率為38.5 dBm、飽和輸出功率峰值超過46 dBm、漏電效率超過55%、增益超過15 dB、LTE 兩載波 (2x 10 MHz 載波)、 信號波形8 dB 均峰比, 在Netlogic 標準DPD 下、鄰信道功率比（ACPR）超過 -50 dBc、放大器大小為30 毫米x 70 毫米。 索引術語 — GaN (氮化鎵)、Doherty 放大器、LTE、微蜂窩、有源天線系統、基站。

I.介紹

目前在通訊網絡領域，實現較高的數據速率和頻譜效率始終是開發新技術的動力。為了滿足無線通訊用戶越來越嚴格的較高數據速率和頻譜效率的要求，利用一些新的技術, 4G 無線系統包括長期演進技術（LTE）在內的已經被發展 。例如：正交頻分多路復用技術（OFDM）和多輸入多輸出（MIMO），這兩種技術具有較高數據速率和頻譜效率特征，可以實現20 MHz 的信號頻寬、100 Mbps 的下行鏈路數據速率、50 Mbps 的上行鏈路數據速率。這種LTE 設計有10 MHz 和20 MHz 兩種調制信號頻寬，前者針對一個載波，后者針對兩個載波。為在降低功率消耗的同時提供一個較高數據速率，微蜂窩式或有源天線系統式基站等各類小型基站，基于LTE 的網絡將比W-CDMA (3G) 的網絡更頻繁地被利用。在這種小尺寸類型的無線基站中, 使用高效率和小型射頻功率放大器是必要的，以提供具有最大成本效益的性能。 由于Doherty 架構的放大器在功率回退范圍（6~10 dB）的高效率性能和與數字預失真（DPD）配合能取得高線性性能, 所以Doherty 放大器配置廣泛地被應用于無線基站射頻功率放大器 [1]~[2]。雖然現在有一些新的先進技術正在開發無線基站[3]?～[4]的射頻功率放大器，采用Doherty 放大器配置的高功率和高效率射頻放大器仍然是最常見的大規模生產的無線基站技術。 由于氮化鎵（GaN）射頻功率晶體管的高效率和大高功率密度等多種特征，具有支持下一代射頻功率器件應用[5]?～[7]的需要的特性。因此是這種放大器設計實施的技術首選 。

II. GaN 射頻功率器件

本文中的Doherty 放大器中所采用的有源器件，為TriQuint 半導體公司所開發的T1G6001528-Q3 器件， 它采用高電子遷移率晶體管（HEMT）和SiC HEMT 技術, 是一個寬帶分立氮化鎵(GaN)產品， 支持28V 的工作電壓和DC ~6 GHz 的頻率范圍 。該器件采用TriQuint 生產的0.25 μm 氮化鎵和SiC 工藝，具有在高度漏極偏置運行的情況下使用靜電場起電板技術最大化功率和效率的特征。這種優化有可能在簡化放大器的陣容，和較低的熱管理成本方面, 降低系統成本簡化。 如圖1 所示，T1G6001528-Q3 器件采用5 毫米總門外設 （total gate periphery）的分立模塊，構建于四個1.25 毫米的高電子遷移率晶體管單位晶格。模塊貼裝與封裝接線材型針對寬帶性能進行了優化。

一般而言，在這種放大器使用的封裝設備通常提供18W 的輸出功率（P3dB）、線性增益在6 GHz 頻率時高于10 dB、在整個寬帶中的最大PAE 高于50%。在2.6 GHz 的頻率，它的飽和功率大約為25W; 增益約為16 dB; 的最大飽和的效率約為75％。

圖2. T1G6001528-Q3 封裝

T1G6001528-Q3 的封裝如圖2 所示，輸入/輸出引線除外， 尺寸為5 毫米x 6 毫米。這個小設備的性能來自其高功率密度。小形晶體管是一個能夠發展規模較小的Doherty 放大器的關鍵因素。 該器件還提供如下性能: 28V 的Vd 、100mA 的Idq、 50uS 的脈沖波形功率、10%的功率占空比、2.65 GHz 頻率下的負載牽引測量結果如圖 3 所示。 本文的Doherty 放大器的設計是基于這種負載牽引數據。

圖3. T1G6001528-Q3 負載牽引數據

III. DOHERTY 放大器配置

對稱Doherty 放大器是一個非常受歡迎的射頻高功率， 高效率，為當代的無線基站配置的放大器。本文中展示的這種放大器，采用兩個T1G6001528-Q3 分立封裝的高電子遷移率晶體管，其整體大小為30 毫米x 70 毫米，如圖4 所示。這種小型尺寸的設計完全滿足空間較小的微蜂窩式或有源天線系統式基站的要求。

圖4. 30 毫米 x 70 毫米的Doherty 放大器電路板