Doherty 功率放大器技术解析

一、Doherty 功放概述    

Doherty 功放是一种采用负载牵引技术的功放结构形式，其主要优势在于能够改善功率回退条件下的效率。在通信系统中，信号功率常处于动态变化状态，传统功放效率在功率降低时会大幅下降，而 Doherty 功放可有效解决这一问题。

二、负载调制原理    

（一）负载调制的概念    

功放漏极电流呈余弦脉冲，工作在欠压状态。此时，效率计算中基波电流与直流电流的比由偏置决定，功放效率与漏极射频电压摆幅成正比。在固定偏置和负载阻抗下，输入信号较小时，电压摆幅难以接近漏极电源电压，导致效率低下。负载调制通过增大功放负载，使功放在较小输出功率电平上达到电压饱和，进而提高效率。

（二）负载调制的效果    

随着负载不断增大，功放漏极电压摆幅逐渐接近漏极电源电压，效率也随之提高。通过合理选择负载阻抗，可使功放在输出均值功率时保持高效率。在实际应用中，负载调制是实现 Doherty 功放高效性能的关键技术。

三、Doherty 功放结构    

（一）基本结构组成    

Doherty 功放一般使用两个功率放大器（PA），即峰管和主管。峰管在低功率状态下关断，高功率状态下打开；主管则始终处于打开状态，其输出阻抗会随着峰管的开关而变化，从而实现负载阻抗调制，提高功率回退条件下的效率。

（二）对称 Doherty    

1.功放管特点：对称 Doherty 采用两个相同的功放管。

2.理论性能：理论上可改善 6dB（相对于饱和功率）的回退效率。

3.负载阻抗变化影响：当负载阻抗从 Zopt 变化到 2XZopt 时，Gain (2xZopt) = Gain (Zopt) + 3dB，P1dB (2xZopt) = P1dB (Zopt) -3dB。

4.高低功率状态分析：高功率状态下，A1、A2 均打开，若每个功放阻抗为 Zopt，并联阻抗为 Zopt/2；低功率状态下，A2 关断，整个功放组合负载阻抗仍为 Zopt/2，通过 λ/4 变换线实现 Zopt 到 2xZopt 的转换，并使用 Zoffset 线调整使 A2 在低功率状态下开路。

（三）非对称 Doherty    

相关定义：定义 g = Peak/Main，RL 为合路点阻抗。

功率与阻抗关系：峰值功率出现在 20x log (g + 1)；低功率状态下，Zopt (Main)= (g + 1)² x RL；高功率状态下，Zopt (Main) = (g + 1) x RL，Zopt (Peaking) = (g + 1)/g x RL

四、 关键设计要素    

1 阻抗匹配   

λ/4变换线：用于实现Zopt→2Zopt的阻抗变换。    

Zadjust线：调整增益和功率以满足设计要求。    

2 偏置与线性    

主管的偏置电压需优化以实现负载调制效果。    

峰管的开启时序影响整体效率与线性度。    

3.3 实际器件影响    

非理想因素：晶体管导通电阻（Ron≠0、封装寄生电容（Cds≠0）会导致效率下降。    

匹配网络：需补偿封装参考面的非纯实数阻抗（如Zopt→AZopt）。    

五、实际效果    

在线性结果不变的情况下，doherty实际能够实现10%~15%的效率提升。