Doherty放大器的RF電路設(shè)計

WordDoherty放大器的RF電路設(shè)計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，但需要了解其操作和（RF）（電路設(shè)計）挑戰(zhàn)，以便量身定制的設(shè)計滿足其要求。

Doherty放大器設(shè)計要求用于高效運行的兩個放大器以及對分離、匹配組合和相位進行全部優(yōu)化，以實現(xiàn)所需的結(jié)果并提高效率。

從頭開始設(shè)計Doherty放大器的RF電路是一個復(fù)雜的過程，需要深入了解和理解該技術(shù)以及放大器每個元件的性能。

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）進入整個Doherty（功率放大器）并呈現(xiàn)給分路器。這會產(chǎn)生兩個彼此相移90°的信號。其原因是電感分配器用于減少功率損耗，從而在兩個信號之間產(chǎn)生90°相移。

一個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)載波放大器自身無法適應(yīng)的大峰值時才開始運行。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運行。以這種方式在功率范圍內(nèi)獲得最佳效率。

信號通過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，來自兩個放大器部分的信號保持同相。

Doherty放大器操作：細節(jié)

基本的Doherty放大器理論要求兩半之間的信號在相位上匹配，以便以兩種信號相加的方式進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簡單。功率分配是使用正交分配器完成的：典型的拓撲包括蘭格或支線技術(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)會降低。反射波在終止（耦合）器隔離端口的負載中消散。

輸出端兩個放大器信號的組合會帶來更多問題。兩個信號的相位相差90°，在峰值放大器的輸出電路中使用四分之一波線使它們再次彼此同相。

阻抗也需要精確匹配以確保保持效率。兩個射頻放大器的阻抗為Z0

/2。這是由四分之一波變壓器提升到Z0的。

這看起來很簡單，但鑒于峰值放大器僅在峰值上運行，因此放大器以非線性方式運行。在操作期間，一個放大器的響應(yīng)會主動負載拉另一個放大器，因為它們沒有被隔離。這意味著需要進行非線性分析才能完成設(shè)計。

可以在同一類中運行兩個RF放大器部分，但使用自適應(yīng)偏置方案在需要時打開峰值放大器-通常載波放大器在A類或AB類中運行，而峰值放大器在C類中運行。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)計問題

在RF電路設(shè)計過程中，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，這些目標不能同時實現(xiàn)，需要進行重大的權(quán)衡。

為了獲得最佳的整體性能，有必要找到一個參數(shù)集和工作點，以平衡設(shè)計對頻率、相位和電平變化的敏感性。這要求對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)計技術(shù)涉及使用制造商的參考設(shè)計，然后可以對其進行微調(diào)。這通常很難針對特定應(yīng)用探索完全優(yōu)化設(shè)計，因為通常只對參考設(shè)計進行微小的設(shè)計更改。

可以看出，如果整個放大器要工作良好，Doherty放大器的RF電路設(shè)計會呈現(xiàn)出許多有趣且具有挑戰(zhàn)性的方面：

相位保持：

理論上，通過不同路徑的信號在組合點的相位應(yīng)該相同。RF分路器在一個分支上引入了90°相移，這可以在組合階段取消，因為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，放大器會引入相移，這可能并不完全匹配，因為一個放大器設(shè)計用于處理較低的功率電平，另一個用于處理峰值。這意味著它們的特性會有所不同（在非對稱情況下）。

阻抗匹配：

確保兩個RF放大器的阻抗在工作范圍內(nèi)都保持充分可能會在某些設(shè)計中出現(xiàn)問題。優(yōu)化不同的（電子）元件以實現(xiàn)這一目標可能很困難。

線性維護：

發(fā)現(xiàn)當峰值放大器開始運行時，放大器的線性可能會出現(xiàn)扭結(jié)或干擾。這會增加被放大波形的失真。還需要注意確保整個工作范圍內(nèi)的線性度。

帶寬：

通常Doherty放大器設(shè)計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，從而損害了整個放大器設(shè)計的性能。

在大多數(shù)情況下，使用Doherty放大器的參考設(shè)計，這通常只需要對某些電子元件的值進行小幅調(diào)整。通常，這些參考設(shè)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(shè)計進行任何操作。

通常，參考RF設(shè)計（包括（PCB）布局）可能會合并到整個印刷電路板布局中，但對某些電子元件值略有改動。盡管如此，仍需要注意確保最終的RF電路設(shè)計按要求運行。即使是印刷電路板布局的微小變化也會對性能產(chǎn)生重大影響。

盡管Doherty放大器存在其射頻電路設(shè)計挑戰(zhàn)，但它已在諸如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(yīng)用等應(yīng)用中確立了穩(wěn)固的地位。

盡管在設(shè)計過程中存