详析Doherty功放设计之负载牵引原理（上）

管子是有膝点电压的。在输出特性曲线（图1-3）中，负载变大后负载线与输出特性曲线最左边的交点会变小，膝点电压左移，这样电压的摆幅就可以变大了（否则，同样输入下会过压）。信号分布在不大不小均值附近的概率较大，过大和过小的信号发生的概率比较小。

当今世界，通信技术的发展可谓日新月异（准确来说是人类的欲望日新月异。。。），然而当前人类所依赖的无线通信完全借由无线电，频段还大都集中在C频段以下，相当拥挤。那么，为了在有限的频谱资源内增加信息的传输量，信号调制方式就越来越复杂，出现了如64QAM，256QAM等许多非恒包络的调制方式，如此，就导致信号的峰均比不断的变大。图1-1是信号包络瞬时概率分布与AB类功放瞬时效率曲线的比较图（为啥和AB类比较呢？因为不太久以前基站功放就是这个类型）。

图1-1 AB类功放包络效率与包络概率分布

不难看出，信号分布在不大不小均值附近的概率较大，过大和过小的信号发生的概率比较小。然而从图中亦可发现AB类功放的效率是随着信号功率增加而增加的，因此在均值附近功放的效率很低。当基站功放采用AB类功放时，常常需要从P-1dB回退6dB左右工作，此时的效率就会由50%降到20%（打个比方，不是确定数据），不要小看哦，如果要求输出额定功率100W，你算算有多少功率发热去了。。因此传统的AB类功放就无法满足现代通信系统对功放效率的要求。因此需要设计高效率的功放来满足系统对效率的需求。可能你会说这有何难，用开关类功放啊（比如E类），用谐波控制类功放啊（比如F类），理论效率100%啊。但是很不幸，这些高效率功放的线性校正好难，直接把做DPD的搞死了（搞算法的要加油哦。。。），同时这些高效功放的工作带宽也不太够，可靠性也不好。好在天无绝人之路，值得庆幸的是，早在1936年，W.H.Doherty先生就发明了Doherty功放架构。这种架构的功放，在功放回退工作时可以同时具有较高的效率和比较好的线性度。这么牛逼的功放架构的原理是什么呢，下面就一步步来解构Doherty功放架构（下面的讲解针对具有了解功放管工作原理的同学，不知道功放工作原理的同学请止步，恶补一下基础知识先。。。）。

负载牵引原理

在讲解Doherty工作原理之前，要先讲一下它的命根子---负载牵引。那么什么是负载牵引呢？我们都知道功放在工作时会有一个静态工作点以及负载线。以偏置在B类的功放管为例，其在固定负载下意图如图1-2所示。

图1-2 固定负载示意图

从图中可以看出，漏极电流是余弦脉冲，也就是说功放没有出现过压，工作在欠压状态，这个前提很重要，因为此时的效率计算中，基波电流与直流电流的比已经由偏置决定了，功放的效率是与漏极射频电压摆幅成正比的（具体解释写出来得一大篇，有空再码）。因此为了得到高效率，功放应处于电压饱和状态，也就是射频电压摆幅要接近漏极电源电压。图中几种不同颜色的信号代表不同的输入输出功率，可以看出输出功率越小，效率越低（电压摆幅小）。然而，我们的需求是要在输入信号均值区获得高的功放效率，也就是说要在输入信号较小时，电压的摆幅也能接近漏极电源电压。这在固定偏置及负载阻抗的情况下是无法办到的。那么现在如果要求偏置状态不变，要实现高效率怎么办呢？聪明的你可能已经发现，能实现这一目的的方法就是让功放的负载变大，让功放在一个较小输出功率电平上达到电压饱和，获得高效率。这就是所谓的负载调制。图1-4是负载调制的示意图。

图1-3负载调制示意图

从图可以看出随着负载的不断变大（由蓝色变到绿色），功放漏极电压摆幅越来越接近漏极电源电压，功放的效率越来越高。通过选择合适的负载阻抗就可以让功放在输出均值功率时具有高效率。

这回就先说这么多，有些表述的前提我没有提，比如功放的谐波短路条件等等，目的就是先把负载调制说清楚。其他问题和知识表述不当之处请大家提出讨论。下一回讲下经典的两路对称Doherty的具体工作过程。