許多現(xiàn)代無線電通信系統(tǒng)使用高階QAM傳輸，其峰值與平均功率比很高，并且需要線性射頻放大器。這通常會導致最終射頻功率放大器的效率低下。

　　Doherty放大器能夠提供一種線性度，同時能夠顯著提高效率。

　　Doherty功率放大器是B類放大器配置的射頻設計，通過具有兩個放大器部分來實現(xiàn)高效率。一個放大器部分可滿足較低幅度的信號情況。然后引入第二個放大器，以提供滿足更高電平信號條件的能力，而不會陷入壓縮狀態(tài)。

　　通過這種方式，Doherty放大器能夠同時提供線性度和效率。

　　Doherty功率放大器開發(fā)

　　Doherty功率放大器配置的概念是由貝爾電話實驗室的William H. Doherty于1936年發(fā)明的。

　　盡管放大器射頻設計的最初概念是在真空管/熱離子閥時代開發(fā)的，但 Doherty 放大器滿足了對運行高功率的發(fā)射器的需求，同時仍然需要保持合理的功率效率水平以降低成本、散熱和運行成本。真空管/熱離子閥非常耗電，因此任何效率的提高都會降低功耗，并且需要相當高的功率能力，從而降低成本和空間。

　　Doherty放大器的第一個RF電路設計使用了兩個真空管放大器，它們都偏置在B類，能夠向天線提供數(shù)十千瓦的功率。

　　Doherty 放大器的要求

　　Doherty放大器現(xiàn)在被廣泛用于蜂窩電信系統(tǒng)的基站發(fā)射機中的射頻電路設計，以及許多其他需要更高功率水平和良好效率水平的無線電通信系統(tǒng)。全球有數(shù)以百萬計的基站，效率提高帶來的成本節(jié)約是巨大的。

　　Doherty功率放大器能夠提高放大器效率，同時使其能夠保持線性工作模式。由于移動通信/無線通信系統(tǒng)需要降低功耗并提高整體效率以保持其生態(tài)證書，因此降低功耗是一項關鍵要求。

　　隨著 3G、4G 和 5G 移動通信系統(tǒng)以及其他無線電通信系統(tǒng)使用較新的調(diào)制格式，峰均功率比不斷提高，線性度是將數(shù)據(jù)誤差降至最低的關鍵。

　　然而，普通的線性放大器效率并不高，需要像Doherty原理這樣的技術來確保無線電通信和無線通信系統(tǒng)的功率放大器保持高效。

　　從根本上說，效率定義為輸出功率除以輸入功率，但這受到許多問題的影響，包括峰均功率比。

　　要了解峰均功率比如何影響效率，有必要查看放大器的操作。

　　在線性模式下工作時，輸出器件必須始終處于導通狀態(tài)，輸出電壓在兩個限值之間上升和下降。

　　放大器線性操作

　　當在這種模式（通常稱為 A 類）下運行時，可以達到的最大理論效率為 50%，但在實際系統(tǒng)中，達到的水平始終低于此水平。電路損耗是一個原因，但另一個原因是信號可能未達到RF放大器的最大電平。

　　為了實現(xiàn)更好的效率水平，可以將放大器驅(qū)動到壓縮狀態(tài)。使用這種方法可以實現(xiàn)更高的效率水平。沒有幅度成分的調(diào)頻、FM 等信號不會因此而失真。唯一的信號衰減是產(chǎn)生基波載波的額外諧波，但這些諧波可以使用RF濾波器濾除。

　　不幸的是，當用幅度分量調(diào)制的信號施加到壓縮運行的放大器時，會導致幅度失真。在極限時，當放大器以完全限制模式運行時，所有幅度分量都會被剝離。

　　對于目前使用的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如UMTS、HSPA、4G LTE、5G等，所使用的RF波形除了相位元件外還包含幅度分量，因此它們需要線性RF放大器。

　　當峰均比增加時，情況會變得更糟，因為放大器必須能夠適應峰值，同時在其工作中保持線性。為了實現(xiàn)這一點，放大器只能以非常低的平均功率運行，這會降低效率。

　　具有高峰均功率比的波形，PAPR

　　Doherty功率放大器能夠適應具有較高峰均功率比的信號，同時仍保持良好的功率效率。它通過在一個整體射頻放大器中使用兩個放大器電路來適應所經(jīng)歷的不同條件來實現(xiàn)這一點。

　　它們的偏差不同，提供不同的功能。

　　載波放大器：整個Doherty放大器的這一部分通常工作在A類或AB類，并在任何功率水平下提供增益。它特別適用于承載所謂的平均幅度信號電平

　　峰值放大器：當載波放大器接近其極限時，第二個射頻放大器開始發(fā)揮作用。峰值放大器提供載波放大器本身無法提供的額外功率能力。

　　Doherty放大器運行的關鍵之一是使峰值放大器部分僅在需要時才運行。如果它一直運行，那么效率將不會節(jié)省。目的是使載波放大器始終運行，并使峰值放大器在載波放大器開始進入壓縮狀態(tài)之前進入工作狀態(tài)。

　　Doherty放大器的基本概念

　　除了放大器本身之外，Doherty放大器配置的射頻電路設計還需要射頻分路器和合路器。這些項目使功率能夠被引導到兩個放大器，然后將它們的輸出相加以提供復合輸出。分路器和合路器還需要適應兩個電路的相位和匹配要求。

　　Doherty 放大器類型

　　有許多不同類型的Doherty功率放大器可以設計：

　　對稱 Doherty 放大器：這是Doherty放大器射頻電路設計的更直接的方法。它在電路中使用了兩個相同的射頻放大器，但不能提供第二種類型的性能。

　　非對稱 Doherty 放大器 ：非對稱Doherty是此類放大器的射頻電路設計中使用最廣泛的格式。它在整個模塊中有兩個不同的射頻放大器。在這種方法中，峰值放大器具有更高的功率能力。這意味著它可以適應信號峰值，使較低功率放大器能夠更有效地滿足較低的信號電平。這種方法可以實現(xiàn)更好的性能水平。

　　數(shù)字 Doherty 放大器 ：傳統(tǒng)上，模擬技術已應用于Doherty放大器，但用于不同放大器和相位偏移的不同偏置方案具有有限的帶寬和效率 - Doherty放大器的設計具有挑戰(zhàn)性。Doherty放大器的開發(fā)是使用數(shù)字技術進行的。

　　使用數(shù)字Doherty放大器方法，可以使用查找表來測量載波放大器和峰值放大器之間的動態(tài)相位對齊。數(shù)字預失真，然后將DPD與開環(huán)放大器一起用于峰值放大器信號路徑。通過使用DPD，峰值放大器的調(diào)幅/調(diào)相響應變得相對恒定。這意味著，通過在相位滯后信號路徑的輸入端添加恒定相移，可以相對容易地糾正兩條傳輸線路徑之間的任何相位差問題。

　　數(shù)字Doherty放大器尚未得到廣泛應用，但數(shù)字Doherty方法克服了全線性方法的許多問題，并可以提供一些重大改進。

　　Doherty放大器的優(yōu)點和缺點

　　在考慮使用 Doherty 放大器時，有必要了解主要優(yōu)點和缺點。

　　Doherty放大器的優(yōu)點

　　實現(xiàn)更高的效率水平。

　　技術不像包絡跟蹤那么復雜，這也提高了射頻放大器的效率

　　Doherty放大器的缺點

　　難以在寬帶寬上保持分路器的相移，因此Doherty放大器只能在有限的帶寬內(nèi)使用。

　　成本高于單個放大器。

　　設計并不容易進行并獲得最佳性能。

　　Doherty放大器確實有其缺點，但越來越多地用于移動電話基站和其他無線通信和通用無線電通信系統(tǒng)。在這里，Doherty放大器能夠提供所需的更高效率 - 蜂窩網(wǎng)絡可能會消耗大量電力，運營商尋求降低功率以降低成本。除此之外，放大器需要是線性的，以防止失真和其他可能發(fā)生的頻譜再生等影響，尤其是在放大器是非線性的情況下。

審核編輯：黃飛