A 25 W 70% efficiency Doherty power amplifier at 6 dB output back-off for 2.4 GHz applications with VGS, PEAK control

Abstract

This paper shows the design and simulation results of a hybrid Doherty power amplifier. The amplifier has been designed at 2,4 GHz, obtaining power-added efficiency above 70 % for 6 dB output power back-off, together with a small signal gain of 17 dB. Design and analysis equations are presented considering class AB bias conditions for the main amplifier and class C for the peak one in back-off larger than 6 dB, and FET device assumption. An additional control on the bias point of the peak device has been carried out, in order to increase the gain on the Doherty region and ease the design of the peak branch. A Cree’s GaN-HEMT CGH40010F device has been used with a nonlinear model guarantied up to 6 GHz and with an expected output power of 10 W. The obtained output power is higher than 25-W. The simulation has been carried out using Agilent ADS CAD tools. The present design could present the state of the art in terms of continuous-wave (CW) characterization.

Este artículo muestra el diseño y los resultados de simulación de un amplificador de potencia Doherty sobre tecnología híbrida. El amplificador fue diseñado a 2,4 GHz, obteniendo una eficiencia de potencia aditiva arriba del 70 % a 6-dB debajo de saturación, junto con una ganancia a pequeña señal de 17 dB. Las ecuaciones de análisis y diseño son presentadas considerando polarización clase AB para el amplificador principal y clase C para el amplificador auxiliar a 6-dB debajo de saturación, y dispositivos FET. Un control adicional sobre el punto de polarización del dispositivo auxiliar se ha llevado a cabo, para incrementar la ganancia en la región Doherty y facilitar el diseño de la rama auxiliar. Un dispositivo GaN-HEMT CGH40010 de Cree ha sido usado con un modelo no-lineal garantizado hasta 6-GHz y con una potencia de salida esperada de 10-W. La potencia de salida obtenida es mayor a 25-W. La simulación ha sido llevada a cabo usando Agilent ADS. El presente diseño representaría el estado del arte en términos de caracterización de onda continua (OC).