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(duì)分離、匹配組合和相位進(jìn)行全部?jī)?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(guò)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(hào)進(jìn)入整個(gè) Doherty 功率放大器并呈現(xiàn)給分路器。這會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)彼此相移 90° 的信號(hào)。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(hào)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(hào)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(wú)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(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)運(yùn)行。以這種方式在功率范圍內(nèi)獲得最佳效率。

信號(hào)通過(guò)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(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，以便以兩種信號(hào)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(duì)簡(jiǎn)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(huì)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(hào)的組合會(huì)帶來(lái)更多問(wèn)題。兩個(gè)信號(hào)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?cè)俅伪舜送唷?/p>

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(lái)很簡(jiǎn)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(huì)主動(dòng)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(wèn)題

在 RF 電路設(shè)計(jì)過(guò)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(duì)頻率、相位和電平變化的敏感性。這要求對(duì)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(duì)其進(jìn)行微調(diào)。這通常很難針對(duì)特定應(yīng)用探索完全優(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)放大器要工作良好，Doherty 放大器的 RF 電路設(shè)計(jì)會(huì)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(guò)不同路徑的信號(hào)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(huì)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(huì)有所不同（在非對(duì)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(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(huì)出現(xiàn)扭結(jié)或干擾。這會(huì)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(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 RF 設(shè)計(jì)（包括 PCB 布局）可能會(huì)合并到整個(gè)印刷電路板布局中，但對(duì)某些電子元件值略有改動(dòng)。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(huì)對(duì)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(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(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)非常有用.

審核編輯：湯梓紅