詳析Doherty功放設(shè)計之如何提升效率（下）

　　Doherty如何提升效率？從輸入開始，經(jīng)過一個功分器后分為兩路Doherty提升效率都是指其可以提升回退功率時的效率。源是指實現(xiàn)負載牽引的電路元件是有源器件，在Doherty里就是指功放管。

　　最近一直在加班定位問題，搞得人精疲力竭，這系列的文章更新的慢了。今天準(zhǔn)備把經(jīng)典的兩路Doherty功放原理做個介紹，力圖不用公式，把原理說明白就行。上一回把負載牽引的原理大致說了一下，解釋了負載牽引提升效率的機理。這回就書接前文，先把Doherty如何提升效率簡單做個說明，然后把有源負載牽引講一下，進而說明有源負載牽引如何提升Doherty回退時的效率。

　　直接看圖2-1。該圖是一個典型的兩路Doherty。容我略做介紹。從輸入開始（作圖匆忙，圖中未標(biāo)，就是最左邊那個節(jié)點），信號經(jīng)過一個功分器后分為兩路，其一路我們稱為Carrier路，亦稱主路；其二路叫做Peak路，又喚輔路。這兩路信號最終在一個叫合路點（就是圖中兩路信號輸出交點處）的地方匯聚（就像長江黃河同出一源（有待考證），最后又匯于汪洋大海一樣），然后浩浩蕩蕩流入負載。

　　圖2-1 典型兩路Doherty架構(gòu)

　　其實說Doherty提升效率都是指其可以提升回退功率時的效率。如第一回所講，現(xiàn)在的通信信號都具有高的峰均比，功放大都在均值功率處工作。舉個例子，比如信號峰均比是6dB，平均功率是100W，那么功放的輸出功率最高就要達到400W，因此如果你用一個400W的AB類功放回退到100W工作，那效率低的你自己都怕。因此呢對Doherty架構(gòu)來講，其一，總的輸出功率是由兩個（或更多）的功放管非隔離合路在一起的。如上圖中的Carrier和Peak兩個管子一起提供輸出功率。如此每個管子輸出功率就不需要那么大了；其二，在輸出均值功率時（回退時），通常只有一個功放管在工作（如上圖中只有Carrier管子，Peak關(guān)斷），這個管子在輸出該等級功率時的效率較高，比普通AB類回退要高近30%。以上圖為例，來說下Doherty的工作過程。我們從滿功率狀態(tài)向均值功率回退。在滿功率狀態(tài)時carrier路和Peak路都飽和輸出，當(dāng)輸出功率慢慢變小時，peak路逐漸關(guān)斷，Carrier路的負載阻抗較飽和工作狀態(tài)時變大，這樣當(dāng)功率回退到均值功率時，雖然Carrier電流較負載不變時減小，但其電壓擺幅卻因為負載阻抗變大而變大，這樣也能獲得同樣的輸出功率，但此時效率卻大大提升。

　　上面解釋了Doherty為何能在回退功率處提升效率---回退功率時負載阻抗變大，下面說下其“負載阻抗變大”所依賴的有源負載牽引。

　　我們分開看就是：有源+負載牽引。負載牽引已經(jīng)說過了，那么有源語出何處呢？其實有源是指實現(xiàn)負載牽引的電路元件是有源器件，在Doherty里就是指功放管。 我們這里做個約定，就是Carrier路和Peak路的功放可以等效為電流源（目前為止是可以的）。有了這個約定后，我們來分析有源牽引的工作過程。如圖2-2所示，將主路和輔路功放等效為兩個電流源，分別起名為Im，Ip。，二者的共同負載阻抗為R。

　　圖2-2有源負載牽引示意圖

　　如此，負載上的電壓就是由兩部分電流在其上面所產(chǎn)壓降的疊加。我們現(xiàn)在來做個情景模擬。首先假設(shè)電流Ip為0，那么此時只有電流Im流過負載R，負載上的電壓V就是Im*R。換言之，從電流源Im向負載方向看過去的阻抗Zm此刻等于V/Im，也就是等于負載阻抗R。好了，接下來我們假設(shè)電流Ip從無電流狀態(tài)慢慢的流出電流到負載，此時從電流源Im看向負載的阻抗Zm是多少呢？還是用電壓除以電流嘛。此刻負載上電壓是（Im+Ip）*R，電流是Im（這點很重要，因為從電流源Im這一側(cè)看到流入負載的電流一直是Im，沒有變化的），那么此時的Zm就是（1+Ip/Im）*R了。聰明的你會發(fā)現(xiàn)，電流源Ip對電流源Im的視在阻抗進行了調(diào)制（牽引）。假設(shè)兩電流源的電流大小一樣，那么當(dāng)輔路電流為0時，主路的視在阻抗為負載阻抗R，輔路的視在阻抗為開路狀態(tài)；當(dāng)輔路逐漸開啟，電流Ip由小變大時主路的視在阻抗由R變?yōu)?R。這樣通過輔路電流注入的變換就完成了對主路視在阻抗的調(diào)制。啰嗦那么多是想在不寫公式的情況下把這個有源負載牽引的過程說清楚。其實上面的一堆就是下面的一個式子（還是數(shù)學(xué)簡潔?。敢饪吹恼堃撇?。

　　有人看了上面的亂七八糟的東西，可能心生疑問：這些和Doherty功放提升回退效率如何對應(yīng)呢？接下來就說一下Doherty里如何進行負載牽引（準(zhǔn)確的說是對Carrier路），進而提升回退效率的。為了方面，把圖2-1重新貼于此處。

　　我們以最經(jīng)典的兩路對稱Doherty來講，此時功分器是3dB等功分，主路和輔路所用功放管是相同的（匹配亦相同）。在輸入信號比較小的時候（也就是說輸出功率不大時），Peak路是關(guān)斷的，不工作，沒有電流。此時從合路點向Peak路看過去的阻抗Rp為無窮大，為開路狀態(tài)。當(dāng)輸入信號功率慢慢增加，peak路開始打開，有電流流入負載。如前分析，此時主路看到的阻抗Rm就開始慢慢變大，當(dāng)兩路都飽和時，Rm就變?yōu)榱?R。這個過程就是Peak路對Carrier路的有源負載牽引。那么有人此時可能有會有疑問：不是說Doherty是提升回退狀態(tài)（輸出較小功率）下的效率嗎？按你這種分析好像恰恰相反，輸出功率變大，Carrier路的負載阻抗變大（效率變大），回退功率時（Peak路減小輸出）負載阻抗變小（效率變低）。很好，其實細心的同學(xué)會發(fā)現(xiàn)，在Carrier路中，功放輸出后有個叫阻抗變換器的東西。這個東西其實就是一個無源電路，通常理論分析時用一個1/4波長的變換線來代替。有學(xué)過射頻的同學(xué)應(yīng)該都清楚，1/4波長變換線特征阻抗確定后，其兩端的阻抗是反比關(guān)系的，也就是一端阻抗由小變大那么另一端就是由大變小。