Doherty 放大器用于許多射頻功率應(yīng)用。盡管可能經(jīng)常使用參考設(shè)計(jì)，但需要了解其操作和 RF 電路設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，以便量身定制的設(shè)計(jì)滿足其要求。

Doherty 放大器設(shè)計(jì)要求用于高效運(yùn)行的兩個(gè)放大器以及對分離、匹配組合和相位進(jìn)行全部優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)所需的結(jié)果并提高效率。

從頭開始設(shè)計(jì) Doherty 放大器的 RF 電路是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要深入了解和理解該技術(shù)以及放大器每個(gè)元件的性能。

Doherty 放大器操作

在查看 Doherty 放大器的射頻電路設(shè)計(jì)之前，有必要先了解一下射頻放大器的基本操作。

Doherty 放大器的 RF 電路設(shè)計(jì)使用主放大器或載波放大器，通常偏置用于 AB 類操作。第二個(gè)有源器件，通常稱為輔助或峰值放大器，通常為 C 類操作提供偏置。

信號進(jìn)入整個(gè) Doherty 功率放大器并呈現(xiàn)給分路器。這會產(chǎn)生兩個(gè)彼此相移 90° 的信號。其原因是電感分配器用于減少功率損耗，從而在兩個(gè)信號之間產(chǎn)生 90° 相移。

一個(gè)輸出提供給載波放大器。這旨在適應(yīng)在平均功率水平附近遇到的較低功率水平。這旨在為這些功率水平提供最佳效率。

該信號還提供給峰值放大器。這是偏置的，因此它僅在出現(xiàn)載波放大器自身無法適應(yīng)的大峰值時(shí)才開始運(yùn)行。作為較高功率放大器，這不會為較低功率水平提供高水平的效率，因此它僅在存在較高功率水平時(shí)運(yùn)行。以這種方式在功率范圍內(nèi)獲得最佳效率。

信號通過射頻放大器電路本身后，使用反向分離器電路組合輸出。由于它還具有 90° 相移，因此用于抵消輸入端的相移。結(jié)果，來自兩個(gè)放大器部分的信號保持同相。

Doherty 放大器操作：細(xì)節(jié)

基本的 Doherty 放大器理論要求兩半之間的信號在相位上匹配，以便以兩種信號相加的方式進(jìn)行組合以提供所需的輸出。

Doherty 放大器輸入端的功率分配相對簡單。功率分配是使用正交分配器完成的：典型的拓?fù)浒ㄌm格或支線技術(shù)。

輸入像平衡放大器一樣工作。它具有相同的特征，如果反射系數(shù)在幅度和相位上相等，則失配放大器的反射系數(shù)會降低。反射波在終止耦合器隔離端口的負(fù)載中消散。

輸出端兩個(gè)放大器信號的組合會帶來更多問題。兩個(gè)信號的相位相差 90°，在峰值放大器的輸出電路中使用四分之一波線使它們再次彼此同相。

阻抗也需要精確匹配以確保保持效率。兩個(gè)射頻放大器的阻抗為 Z 0?/2。這是由四分之一波變壓器提升到 Z 0的。

這看起來很簡單，但鑒于峰值放大器僅在峰值上運(yùn)行，因此放大器以非線性方式運(yùn)行。在操作期間，一個(gè)放大器的響應(yīng)會主動負(fù)載拉另一個(gè)放大器，因?yàn)樗鼈儧]有被隔離。這意味著需要進(jìn)行非線性分析才能完成設(shè)計(jì)。

可以在同一類中運(yùn)行兩個(gè) RF 放大器部分，但使用自適應(yīng)偏置方案在需要時(shí)打開峰值放大器 - 通常載波放大器在 A 類或 AB 類中運(yùn)行，而峰值放大器在 C 類中運(yùn)行。方法是使用大小不等的設(shè)備，或者可以在輸入上使用不等分的功率分配器。

Doherty 放大器設(shè)計(jì)問題

在 RF 電路設(shè)計(jì)過程中，開發(fā)人員旨在盡可能高效地在預(yù)期條件下提供最佳性能。然而，這些目標(biāo)不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)，需要進(jìn)行重大的權(quán)衡。

為了獲得最佳的整體性能，有必要找到一個(gè)參數(shù)集和工作點(diǎn)，以平衡設(shè)計(jì)對頻率、相位和電平變化的敏感性。這要求對放大器和分路器和組合器的特性有深入的了解。

通常，RF 電路設(shè)計(jì)技術(shù)涉及使用制造商的參考設(shè)計(jì)，然后可以對其進(jìn)行微調(diào)。這通常很難針對特定應(yīng)用探索完全優(yōu)化設(shè)計(jì)，因?yàn)橥ǔＶ粚⒖荚O(shè)計(jì)進(jìn)行微小的設(shè)計(jì)更改。

可以看出，如果整個(gè)放大器要工作良好，Doherty 放大器的 RF 電路設(shè)計(jì)會呈現(xiàn)出許多有趣且具有挑戰(zhàn)性的方面：

相位保持：?? 理論上，通過不同路徑的信號在組合點(diǎn)的相位應(yīng)該相同。RF 分路器在一個(gè)分支上引入了 90° 相移，這可以在組合階段取消，因?yàn)?90° 位移也發(fā)生在組合器中，并且可以在另一條腿中添加。然而，放大器會引入相移，這可能并不完全匹配，因?yàn)橐粋€(gè)放大器設(shè)計(jì)用于處理較低的功率電平，另一個(gè)用于處理峰值。這意味著它們的特性會有所不同（在非對稱情況下）。

阻抗匹配：?? 確保兩個(gè) RF 放大器的阻抗在工作范圍內(nèi)都保持充分可能會在某些設(shè)計(jì)中出現(xiàn)問題。優(yōu)化不同的電子元件以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)可能很困難。

線性維護(hù)：?? 發(fā)現(xiàn)當(dāng)峰值放大器開始運(yùn)行時(shí)，放大器的線性可能會出現(xiàn)扭結(jié)或干擾。這會增加被放大波形的失真。還需要注意確保整個(gè)工作范圍內(nèi)的線性度。

帶寬：?? 通常 Doherty 放大器設(shè)計(jì)在帶寬方面受到限制。包括分路器和合路器在內(nèi)的一些電子元件的帶寬有限，除此之外，它們的相移變化很大，從而損害了整個(gè)放大器設(shè)計(jì)的性能。

在大多數(shù)情況下，使用 Doherty 放大器的參考設(shè)計(jì)，這通常只需要對某些電子元件的值進(jìn)行小幅調(diào)整。通常，這些參考設(shè)計(jì)是為一些最常見的最終用途提供的，因此幾乎不需要對設(shè)計(jì)進(jìn)行任何操作。

通常，參考 RF 設(shè)計(jì)（包括 PCB 布局）可能會合并到整個(gè)印刷電路板布局中，但對某些電子元件值略有改動。盡管如此，仍需要注意確保最終的 RF 電路設(shè)計(jì)按要求運(yùn)行。即使是印刷電路板布局的微小變化也會對性能產(chǎn)生重大影響。

盡管 Doherty 放大器存在其射頻電路設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，但它已在諸如蜂窩基站的最終功率輸出級以及其他無線通信和無線電通信應(yīng)用等應(yīng)用中確立了穩(wěn)固的地位。

盡管在設(shè)計(jì)過程中存在困難，但在優(yōu)化 RF 設(shè)計(jì)后，Doherty 放大器能夠在效率和其他領(lǐng)域的性能方面提供顯著改進(jìn)。這些在開發(fā)新的蜂窩基站、無線通信系統(tǒng)以及各種類型的無線電通信系統(tǒng)時(shí)非常有用.

審核編輯：湯梓紅