射頻功率放大器被廣泛應用於各種無線通信設備中。在通訊基站中，線性功放占其成本比例約占1/3。高效率
，低成本的解決功放的線性化問題顯得非常重要。因此高效率高線性的功放一直是功放研究的熱門課題。

 

1.Doherty功率放大器應用背景

伴(ban)隨(sui)著(zhe)現(xian)代(dai)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)技(ji)術(shu)的(de)高(gao)速(su)發(fa)展(zhan)，通(tong)信(xin)產(chan)品(pin)已(yi)經(jing)廣(guang)泛(fan)的(de)融(rong)入(ru)了(le)人(ren)們(men)的(de)生(sheng)活(huo)中(zhong)，對(dui)人(ren)們(men)的(de)影(ying)響(xiang)越(yue)來(lai)越(yue)大(da)。射(she)頻(pin)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)作(zuo)為(wei)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)中(zhong)主(zhu)要(yao)器(qi)件(jian)之(zhi)一(yi)
，其(qi)性(xing)能(neng)對(dui)係(xi)統(tong)終(zhong)端(duan)的(de)影(ying)響(xiang)重(zhong)大(da)。無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)的(de)標(biao)準(zhun)由(you)傳(chuan)統(tong)的(de)GSM標準到第三代通信標準WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000，以及今天的第四代通信標準LTE(Long Term Evaluation)。信號的調製方式也隨之發生改變，由恒包絡調製向包絡變換調製方式轉變。

 

例如
，在WCDMA中采用的OFDMbaoluobianhuantiaozhifangshi
，qichuanshugonglvyouzhejiaogaodejunfengbi，laimanzuzuidaxiandudezengjiaxitongderongliang。yincixuyaogonglvfangdaqinenggouzaiyidingdegonglvhuituizhongbaozhengPA的(de)線(xian)性(xing)度(du)。但(dan)是(shi)傳(chuan)統(tong)的(de)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)在(zai)功(gong)率(lv)回(hui)退(tui)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)效(xiao)率(lv)很(hen)低(di)，因(yin)此(ci)，提(ti)高(gao)基(ji)站(zhan)中(zhong)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)在(zai)功(gong)率(lv)回(hui)退(tui)中(zhong)的(de)效(xiao)率(lv)變(bian)得(de)尤(you)為(wei)重(zhong)要(yao)。提(ti)高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)方(fang)法(fa)有(you)很(hen)多(duo)， Doherty功率放大器技術結構簡單，性價比高等優勢
，早已成為基站功率放大器研究的熱點。當前射頻功率放大器的設計正圍繞著“高效率”、“多波段”、“高線性化”的方向發展。

 

2.Doherty功率放大器架構

 

圖1

 

3.Doherty功率放大器工作原理概述

Doherty結構由2個功放組成： 一個Main Amplifier(主功放)，一個Peak Amplifier(輔助功放)，主功放工作在AB類
，輔助功放工作在B類或Clei。lianggegongfangbushilunliugongzuo
，ershizhugongfangyizhigongzuo，fuzhugongfangdaoshedingdefengzhicaigongzuo。zhugongfanghoumiandesifenzhiyibochangxianshizukangbianhuan，mudeshizaifuzhugongfanggongzuoshi
，qidaojiangzhugongfangdeshizaizukangjianxiaodezuoyong，baozhengfuzhugongfanggongzuodeshihouhehoumiandedianluzuchengdeyouyuanfuzaizukangbiandi
，zheyangzhugongfangshuchudianliujiubianda。youyuzhugongfanghoumianyoulesifenzhiyibochangxian，weileshilianggegongfangshuchutongxiang，zaifuzhugongfangqianmianyexuyaosifenzhiyibochangxian，yongyipinghengerludexiangwei。rutu1所示。

 

4.Doherty功放工作的三個階段

Doherty技術是有源負載調製技術
，主功放的負載隨著信號強度的變化而變化。從輸入信號強度劃分
，Doherty功放的工作區域可以大致分為三個階段：小信號階段、中等信號階段和大信號階段。如圖2所示。

 

 

a)小信號階段

在小信號階段，由於峰值功放工作在B類或C類，信號強度不足以使其工作，因此其截止，呈現開路狀態。主功放由於四分之一波長變換線將等效負載變為100Ω，負載電壓升高，使主功放提前進入預飽和狀態
，效率提高。

 

b)中等信號階段

當信號逐漸增強時，輔助功放開啟，有源調製效應出現
，主功放的等效負載由100Ω向50Ω的方向減小（並沒有達到50Ω），而主功放的電壓受到輔助功放牽製保持預飽和狀態，輔助功放的負載由開路狀態向50Ω轉變。

此時功放由最大效率狀態向最大輸出狀態轉變，效率維持不變（理想情況），線性有所提高。

 

c)大信號階段

隨著輸入信號的逐漸增強，輔助功放和主功放的電流增大，主功放的輸出電壓不變（理想情況）
，baochigaoxiaolv。erzhugongfangdefuzaijixujianxiao，shuchugonglvzengjia
，dangfuzhugongfangdadaobaoheshi，zhugongfanghefuzhugongfangdedianliudoudadaolezuidazhi。zhugongfang
，fuzhugongfangfuzaijunwei50Ω，輸出功率達到最大。

 

5.Doherty功放的設計

a)Doherty功放的缺點和注意點

前麵提到了Doherty結構簡單和效率高的特點
，但它也有不可克服的缺點
，增益降低，帶寬減小，敏感度高。

●增益降低

Doherty功放和AB類功放相比，其增益降低了2-3dB，原因是輔助功放處於C類，而末級功放的增益降低會影響到Doherty功放設計
，因此在設計選擇推動級時，要考慮到增益降低帶來的影響
，多留出設計餘量。

●帶寬減小

通過調試或者仿真可以看出
，Doherty是個窄帶係統，帶寬小，尤其是線性。調試時經常發現調好高端後，發現低端又不能滿足指標要求。原因是阻抗變換和1/4波長變換線的窄帶特性導致的。

●敏感度高

前麵提到Doherty的de實shi質zhi就jiu是shi有you源yuan負fu載zai調tiao製zhi，兩liang路lu功gong放fang相xiang互hu影ying響xiang程cheng度du較jiao大da，敏min感gan度du較jiao高gao。由you於yu這zhe種zhong敏min感gan度du存cun在zai，所suo以yi研yan發fa階jie段duan應ying該gai在zai比bi較jiao敏min感gan的de地di方fang預yu留liu一yi些xie可ke調tiao試shi的de部bu分fen（焊盤）
，便於生產中校正其離散性。

 

b)Doherty功放設計要點

功放主要是由功放管，偏置電路
，匹配電路三部分組成
，關注的要點是效率，線性，穩定性。

●穩定性

不穩定是功放設計中比較忌諱的事情。輕則雜散大，重則無法正常工作。比如自激，燒LDMOS管等。其實不穩定就是放大器變成了振蕩器。設計時可以通過如下措施進行避免。

 

◊ 偏置電路反饋及處理辦法

采用1/4波長微帶線和去耦電容的方法阻止反饋回路的形成。

PCB板和地平麵的要有足夠多的螺釘固定
，並且在功放管附近保證良好接地。

◊ 結構分腔設計

單個腔體中增益過高容易引起空間的耦合，加蓋板影響較大。單個腔體內的增益最好小於30dB，過高的增益需要分腔設計，兩路之間要用金屬隔擋，盡量長，蓋板上增加屏蔽條
，有效隔斷減小相互影響。

◊ 兩級級間的考慮

 

在zai直zhi接jie級ji聯lian時shi，放fang大da器qi間jian的de影ying響xiang是shi不bu可ke消xiao除chu的de。即ji使shi單dan級ji放fang大da器qi是shi穩wen定ding和he指zhi標biao良liang好hao的de
，但dan級ji聯lian效xiao果guo不bu一yi定ding就jiu好hao
，這zhe時shi就jiu需xu要yao增zeng加jia隔ge離li器qi或huo者zhe電dian阻zu衰shuai減jian網wang絡luo。

 

c)Doherty功放的設計思路
 

◊ 按照AB類功放的方法設計輸入輸出匹配。

◊ 按照Doherty的架構組合兩路功放
，並加上offset線。

◊ 在整體架構上調整各offset線的長度以實現高效率和高線性。