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第四代移动通信（4G）中高频谱利用率正交频分复用(OFDM)调制技术使发射信号产生高峰均比，射频功率放大器（简称功放）被迫工作于峰值功率回退状态以获得较好的线性度，却极大地降低功放和基站效率。为提高基站系统效率，本文对经典两路Doherty、非对称Doherty、三级Doherty以及多级Doherty功放进行研究，并结合4G系统中调制信号高峰均比特性，阐述了经典两路Doherty功放在实际设计中存在的不能实现完善牵引、无法提供最大输出能力及高效率回退范围减小等缺陷，提出基于包络跟踪方式两路Doherty功放改进设计思路以及将具有峰值功率回退9.5dB范围内保持高效率的三级Doherty功放应用于4G基站系统的构思。本文在450-470MHz频段功放设计中采用集参数元件进行输入和输出阻抗匹配、匹配结构与偏置网络联合优化，重点引入三种等效四分之一波长线结构以替换Doherty功放结构中冗长微带四分之一波长线。采用微波ABCD矩阵参数从理论上推导所引入等效结构的可行性，通过ADS仿真验证了等效结构所具有的阻抗变换特性和在有源牵引中能充分发挥微带四分之一波长线的作用。最终将其应用于无源器件分支线耦合器、两路Doherty和三级Doherty功放的设计中。文中还对漏极调制和栅极跟踪Doherty功放进行了研究，提出一种新的基于峰值功放栅极包络跟踪Doherty功放设计方案。仿真中采用电压扫描方式完成功率跟踪450-470MHz频段两路Doherty功放设计，改善了Doherty功放在大输出功率状态下有源牵引状况、增加功放模块最大输出功率。采用相同功放管仿真设计450-470MHz三级Doherty功放，功率回退9dB范围内取得较高效率。最终，完成两路Doherty、三级Doherty功放的实物制作以及调制信号的包络峰值检测和包络功率检测。测试信号采用单音信号和20MHz LTE信号，得到的相关数据表明包络功率跟踪两路Doherty功放取得较好的有源效果、高效率回退范围得到提升，三级Doherty功放在应对8dB高峰均比LTE信号具有很好的回退效率特性。