Doherty放大器用于許多射頻功率應用。盡管參考設計可能經常被使用，但需要了解其操作和射頻電路設計挑戰，以便定制設計滿足其要求。

Doherty放大器設計要求用于高效運行的兩個放大器以及分離、匹配組合和相位都進行優化，以實現所需的結果并提高效率。

從零開始設計Doherty放大器的射頻電路是一個復雜的過程，需要對技術和放大器每個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計之前，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電路設計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。

信號進入整個Doherty功率放大器，并被呈現給分路器。這會產生兩個信號，它們彼此相移 90°。其原因是使用電感分路器來降低功率損耗，并在兩個信號之間產生 90° 的相移。

一個輸出呈現給載波放大器。這旨在適應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放大器工作區域

信號也被呈現給峰值放大器。這是有偏差的，因此它只有在存在載波放大器無法自行適應的大峰值時才開始工作。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工作。通過這種方式，可以在功率范圍內獲得最佳效率。

一個信號已經通過RF放大器電路本身，輸出通過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，來自兩個放大器部分的信號保持同相。

Doherty放大器操作：細節

基本的Doherty放大器理論要求兩半之間的信號在相位上匹配，以便組合以兩個信號相加的方式發生，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：典型的拓撲結構包括朗格或分支線技術。

輸入的工作方式類似于平衡放大器。它具有相同的特性，如果反射系數在幅度和相位上相等，則失配放大器的反射系數會降低。反射波在端接耦合器隔離端口的負載中消散。

Doherty放大器電路塊

輸出端兩個放大器信號的組合會帶來更多問題。兩個信號相差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相互同相。

阻抗也需要精確匹配，以確保保持效率。兩個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。

這看起來很簡單，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，一個放大器的響應會主動拉動另一個放大器的負載牽引，因為它們不是隔離的。這意味著需要進行非線性分析才能完成設計。

可以在同一類中操作兩個RF放大器部分，但在需要時使用自適應偏置方案來打開峰值放大器 - 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放大器設計問題

在射頻電路設計過程中，開發人員的目標是在預期條件下盡可能高效地提供最佳性能。然而，這些目標不可能同時實現，需要做出重大權衡。

為了實現最佳的整體性能，有必要找到一個參數集和工作點，以在設計對頻率、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電路設計技術涉及使用制造商的參考設計，然后可以對其進行微調。這通常很難針對所探索的特定應用完全優化設計，因為通常只對參考設計進行微小的設計更改。

可以看出，如果整個放大器要正常工作，Doherty放大器的射頻電路設計會帶來許多有趣和具有挑戰性的方面：

階段維護：從理論上講，通過不同路徑的信號在組合點處的相位應該是相同的。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，因為合路器中也會發生 90° 偏移，并且可以在另一條腿中添加。然而，放大器會引入相移，這可能并不匹配，因為一個設計用于處理較低的功率電平，另一個用于處理峰值。這意味著它們的特征將不同（在不對稱的情況下）。

阻抗匹配：確保兩個RF放大器的阻抗在工作范圍內得到充分保持，可能會在某些設計中出現問題。優化不同的電子元件以實現這一目標可能很困難。

線性度維持：研究發現，當峰值放大器開始工作時，放大器的線性度可能會出現扭結或干擾。這會增加被放形的失真。此外，還需要注意確保整個工作范圍內的線性度。

帶寬：通常，Doherty放大器設計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，從而影響了整個放大器設計的性能。

在大多數情況下，使用Doherty放大器的參考設計，這通常只需要對某些電子元件的值進行小幅調整。通常，這些參考設計是為一些最常見的最終用途提供的，因此幾乎不需要對設計進行任何操作。

通常，參考射頻設計，包括PCB布局，可以合并到整個印刷電路板布局中，但對某些電子元件值進行微小的更改。盡管如此，仍需要注意確保最終的射頻電路設計按要求運行。即使是對印刷電路板布局的微小更改也會對性能產生重大影響。

盡管 Doherty 放大器在射頻電路設計方面存在挑戰，但它在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用等應用中已經確立了穩固的地位。

盡管在設計過程中存在困難，但當射頻設計得到優化后，Doherty放大器能夠在效率和其他領域提供顯著的性能改進。在開發新的蜂窩基站、無線通信系統以及各種類型的無線電通信系統時，這些都非常有用。
審核編輯：黃飛