Doherty放大器用于許多射頻功率應(yīng)用。盡管參考設(shè)計(jì)可能經(jīng)常被使用，但需要了解其操作和射頻電路設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，以便定制設(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)放大器以及分離、匹配組合和相位都進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)所需的結(jié)果并提高效率。

從零開(kāi)始設(shè)計(jì)Doherty放大器的射頻電路是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要對(duì)技術(shù)和放大器每個(gè)元件的性能有深入的了解和理解。

Doherty放大器操作

在了解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工作原理。

Doherty放大器的基本概念

Doherty放大器的RF電路設(shè)計(jì)使用主放大器或載波放大器，該放大器通常偏置為AB類操作。第二個(gè)有源器件，通常稱為輔助放大器或峰值放大器，通常偏置于C類操作。

信號(hào)進(jìn)入整個(gè)Doherty功率放大器，并被呈現(xiàn)給分路器。這會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)信號(hào)，它們彼此相移 90°。其原因是使用電感分路器來(lái)降低功率損耗，并在兩個(gè)信號(hào)之間產(chǎn)生 90° 的相移。

一個(gè)輸出呈現(xiàn)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。

Doherty放大器工作區(qū)域

信號(hào)也被呈現(xiàn)給峰值放大器。這是有偏差的，因此它只有在存在載波放大器無(wú)法自行適應(yīng)的大峰值時(shí)才開(kāi)始工作。作為較高功率放大器，這不會(huì)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)工作。通過(guò)這種方式，可以在功率范圍內(nèi)獲得最佳效率。

一個(gè)信號(hào)已經(jīng)通過(guò)RF放大器電路本身，輸出通過(guò)分路器電路的反向組合。由于它還具有 90° 的相移，因此用于抵消輸入端的相移。因此，來(lái)自兩個(gè)放大器部分的信號(hào)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(hào)在相位上匹配，以便組合以兩個(gè)信號(hào)相加的方式發(fā)生，以提供所需的輸出。

Doherty放大器輸入端的功率分配相對(duì)簡(jiǎn)單。功率分配是使用正交分配器完成的：典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括朗格或分支線技術(shù)。

輸入的工作方式類似于平衡放大器。它具有相同的特性，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(huì)降低。反射波在端接耦合器隔離端口的負(fù)載中消散。

Doherty放大器電路塊

輸出端兩個(gè)放大器信號(hào)的組合會(huì)帶來(lái)更多問(wèn)題。兩個(gè)信號(hào)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?cè)俅蜗嗷ネ唷?/p>

阻抗也需要精確匹配，以確保保持效率。兩個(gè)RF放大器的阻抗均為Z0/2.這被提升到 Z0由四分之一波變壓器。

這看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但鑒于峰值放大器僅在峰值上工作，放大器以非線性方式工作。在工作期間，一個(gè)放大器的響應(yīng)會(huì)主動(dòng)拉動(dòng)另一個(gè)放大器的負(fù)載牽引，因?yàn)樗鼈儾皇歉綦x的。這意味著需要進(jìn)行非線性分析才能完成設(shè)計(jì)。

可以在同一類中操作兩個(gè)RF放大器部分，但在需要時(shí)使用自適應(yīng)偏置方案來(lái)打開(kāi)峰值放大器 - 通常載波放大器在A類或AB類工作，峰值放大器在C類工作。另一種方法是使用尺寸不等的器件，或者可以在輸入端使用不等分功率分配器。

Doherty放大器設(shè)計(jì)問(wèn)題

在射頻電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，開(kāi)發(fā)人員的目標(biāo)是在預(yù)期條件下盡可能高效地提供最佳性能。然而，這些目標(biāo)不可能同時(shí)實(shí)現(xiàn)，需要做出重大權(quán)衡。

為了實(shí)現(xiàn)最佳的整體性能，有必要找到一個(gè)參數(shù)集和工作點(diǎn)，以在設(shè)計(jì)對(duì)頻率、相位和電平變化的靈敏度之間提供良好的折衷方案。這需要對(duì)放大器、分路器和合路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(duì)其進(jìn)行微調(diào)。這通常很難針對(duì)所探索的特定應(yīng)用完全優(yōu)化設(shè)計(jì)，因?yàn)橥ǔＶ粚?duì)參考設(shè)計(jì)進(jìn)行微小的設(shè)計(jì)更改。

可以看出，如果整個(gè)放大器要正常工作，Doherty放大器的射頻電路設(shè)計(jì)會(huì)帶來(lái)許多有趣和具有挑戰(zhàn)性的方面：

階段維護(hù)：從理論上講，通過(guò)不同路徑的信號(hào)在組合點(diǎn)處的相位應(yīng)該是相同的。射頻分路器在一條腿上引入了 90° 相移，這可以在組合階段消除，因?yàn)楹下菲髦幸矔?huì)發(fā)生 90° 偏移，并且可以在另一條腿中添加。然而，放大器會(huì)引入相移，這可能并不匹配，因?yàn)橐粋€(gè)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。這意味著它們的特征將不同（在不對(duì)稱的情況下）。

阻抗匹配：確保兩個(gè)RF放大器的阻抗在工作范圍內(nèi)得到充分保持，可能會(huì)在某些設(shè)計(jì)中出現(xiàn)問(wèn)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。

線性度維持：研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)峰值放大器開(kāi)始工作時(shí)，放大器的線性度可能會(huì)出現(xiàn)扭結(jié)或干擾。這會(huì)增加被放形的失真。此外，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。一些電子元件（包括分路器和合路器）的帶寬有限，除此之外，它們的相移變化很大，從而影響了整個(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(duì)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(jiàn)的最終用途提供的，因此幾乎不需要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行任何操作。

通常，參考射頻設(shè)計(jì)，包括PCB布局，可以合并到整個(gè)印刷電路板布局中，但對(duì)某些電子元件值進(jìn)行微小的更改。盡管如此，仍需要注意確保最終的射頻電路設(shè)計(jì)按要求運(yùn)行。即使是對(duì)印刷電路板布局的微小更改也會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生重大影響。

盡管 Doherty 放大器在射頻電路設(shè)計(jì)方面存在挑戰(zhàn)，但它在蜂窩基站的最終功率輸出級(jí)以及其他無(wú)線通信和無(wú)線電通信應(yīng)用等應(yīng)用中已經(jīng)確立了穩(wěn)固的地位。

盡管在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在困難，但當(dāng)射頻設(shè)計(jì)得到優(yōu)化后，Doherty放大器能夠在效率和其他領(lǐng)域提供顯著的性能改進(jìn)。在開(kāi)發(fā)新的蜂窩基站、無(wú)線通信系統(tǒng)以及各種類型的無(wú)線電通信系統(tǒng)時(shí)，這些都非常有用。
審核編輯：黃飛