Doherty放大器的RF电路设计

Doherty 放大器用于许多射频功率应用。尽管可能经常使用参考设计，但需要了解其操作和 RF 电路设计挑战，以便量身定制的设计满足其要求。

Doherty 放大器设计要求用于高效运行的两个放大器以及对分离、匹配组合和相位进行全部优化，以实现所需的结果并提高效率。

从头开始设计 Doherty 放大器的 RF 电路是一个复杂的过程，需要深入了解和理解该技术以及放大器每个元件的性能。

Doherty 放大器操作

在查看 Doherty 放大器的射频电路设计之前，有必要先了解一下射频放大器的基本操作。

Doherty 放大器的 RF 电路设计使用主放大器或载波放大器，通常偏置用于 AB 类操作。第二个有源器件，通常称为辅助或峰值放大器，通常为 C 类操作提供偏置。

信号进入整个 Doherty 功率放大器并呈现给分路器。这会产生两个彼此相移 90° 的信号。其原因是电感分配器用于减少功率损耗，从而在两个信号之间产生 90° 相移。

一个输出提供给载波放大器。这旨在适应在平均功率水平附近遇到的较低功率水平。这旨在为这些功率水平提供最佳效率。

该信号还提供给峰值放大器。这是偏置的，因此它仅在出现载波放大器自身无法适应的大峰值时才开始运行。作为较高功率放大器，这不会为较低功率水平提供高水平的效率，因此它仅在存在较高功率水平时运行。以这种方式在功率范围内获得最佳效率。

信号通过射频放大器电路本身后，使用反向分离器电路组合输出。由于它还具有 90° 相移，因此用于抵消输入端的相移。结果，来自两个放大器部分的信号保持同相。

Doherty 放大器操作：细节

基本的 Doherty 放大器理论要求两半之间的信号在相位上匹配，以便以两种信号相加的方式进行组合以提供所需的输出。

Doherty 放大器输入端的功率分配相对简单。功率分配是使用正交分配器完成的：典型的拓扑包括兰格或支线技术。

输入像平衡放大器一样工作。它具有相同的特征，如果反射系数在幅度和相位上相等，则失配放大器的反射系数会降低。反射波在终止耦合器隔离端口的负载中消散。

输出端两个放大器信号的组合会带来更多问题。两个信号的相位相差 90°，在峰值放大器的输出电路中使用四分之一波线使它们再次彼此同相。

阻抗也需要精确匹配以确保保持效率。两个射频放大器的阻抗为 Z 0 /2。这是由四分之一波变压器提升到 Z 0的。

这看起来很简单，但鉴于峰值放大器仅在峰值上运行，因此放大器以非线性方式运行。在操作期间，一个放大器的响应会主动负载拉另一个放大器，因为它们没有被隔离。这意味着需要进行非线性分析才能完成设计。

可以在同一类中运行两个 RF 放大器部分，但使用自适应偏置方案在需要时打开峰值放大器 - 通常载波放大器在 A 类或 AB 类中运行，而峰值放大器在 C 类中运行。方法是使用大小不等的设备，或者可以在输入上使用不等分的功率分配器。

Doherty 放大器设计问题

在 RF 电路设计过程中，开发人员旨在尽可能高效地在预期条件下提供最佳性能。然而，这些目标不能同时实现，需要进行重大的权衡。

为了获得最佳的整体性能，有必要找到一个参数集和工作点，以平衡设计对频率、相位和电平变化的敏感性。这要求对放大器和分路器和组合器的特性有深入的了解。

通常，RF 电路设计技术涉及使用制造商的参考设计，然后可以对其进行微调。这通常很难针对特定应用探索完全优化设计，因为通常只对参考设计进行微小的设计更改。

可以看出，如果整个放大器要工作良好，Doherty 放大器的 RF 电路设计会呈现出许多有趣且具有挑战性的方面：

相位保持：   理论上，通过不同路径的信号在组合点的相位应该相同。RF 分路器在一个分支上引入了 90° 相移，这可以在组合阶段取消，因为 90° 位移也发生在组合器中，并且可以在另一条腿中添加。然而，放大器会引入相移，这可能并不完全匹配，因为一个放大器设计用于处理较低的功率电平，另一个用于处理峰值。这意味着它们的特性会有所不同（在非对称情况下）。

阻抗匹配：   确保两个 RF 放大器的阻抗在工作范围内都保持充分可能会在某些设计中出现问题。优化不同的电子元件以实现这一目标可能很困难。

线性维护：   发现当峰值放大器开始运行时，放大器的线性可能会出现扭结或干扰。这会增加被放大波形的失真。还需要注意确保整个工作范围内的线性度。

带宽：   通常 Doherty 放大器设计在带宽方面受到限制。包括分路器和合路器在内的一些电子元件的带宽有限，除此之外，它们的相移变化很大，从而损害了整个放大器设计的性能。

在大多数情况下，使用 Doherty 放大器的参考设计，这通常只需要对某些电子元件的值进行小幅调整。通常，这些参考设计是为一些最常见的最终用途提供的，因此几乎不需要对设计进行任何操作。

通常，参考 RF 设计（包括 PCB 布局）可能会合并到整个印刷电路板布局中，但对某些电子元件值略有改动。尽管如此，仍需要注意确保最终的 RF 电路设计按要求运行。即使是印刷电路板布局的微小变化也会对性能产生重大影响。

尽管 Doherty 放大器存在其射频电路设计挑战，但它已在诸如蜂窝基站的最终功率输出级以及其他无线通信和无线电通信应用等应用中确立了稳固的地位。

尽管在设计过程中存在困难，但在优化 RF 设计后，Doherty 放大器能够在效率和其他领域的性能方面提供显着改进。这些在开发新的蜂窝基站、无线通信系统以及各种类型的无线电通信系统时非常有用.

审核编辑：汤梓红