詳析Doherty功放設(shè)計(jì)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(gè)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(shí)的效率。源是指實(shí)現(xiàn)負(fù)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(gè)介紹，力圖不用公式，把原理說明白就行。上一回把負(fù)載牽引的原理大致說了一下，解釋了負(fù)載牽引提升效率的機(jī)理。這回就書接前文，先把Doherty如何提升效率簡單做個(gè)說明，然后把有源負(fù)載牽引講一下，進(jìn)而說明有源負(fù)載牽引如何提升Doherty回退時(shí)的效率。

　　Doherty如何提升效率？

　　直接看圖2-1。該圖是一個(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)），信號(hào)經(jīng)過一個(gè)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(hào)最終在一個(gè)叫合路點(diǎn)（就是圖中兩路信號(hào)輸出交點(diǎn)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(fù)載。

　　圖2-1 典型兩路Doherty架構(gòu)

　　其實(shí)說Doherty提升效率都是指其可以提升回退功率時(shí)的效率。如第一回所講，現(xiàn)在的通信信號(hào)都具有高的峰均比，功放大都在均值功率處工作。舉個(gè)例子，比如信號(hào)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(dá)到400W，因此如果你用一個(gè)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(duì)Doherty架構(gòu)來講，其一，總的輸出功率是由兩個(gè)（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(gè)管子一起提供輸出功率。如此每個(gè)管子輸出功率就不需要那么大了；其二，在輸出均值功率時(shí)（回退時(shí)），通常只有一個(gè)功放管在工作（如上圖中只有Carrier管子，Peak關(guān)斷），這個(gè)管子在輸出該等級(jí)功率時(shí)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(shí)carrier路和Peak路都飽和輸出，當(dāng)輸出功率慢慢變小時(shí)，peak路逐漸關(guān)斷，Carrier路的負(fù)載阻抗較飽和工作狀態(tài)時(shí)變大，這樣當(dāng)功率回退到均值功率時(shí)，雖然Carrier電流較負(fù)載不變時(shí)減小，但其電壓擺幅卻因?yàn)樨?fù)載阻抗變大而變大，這樣也能獲得同樣的輸出功率，但此時(shí)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(shí)負(fù)載阻抗變大，下面說下其“負(fù)載阻抗變大”所依賴的有源負(fù)載牽引。

　　何為有源負(fù)載牽引？

　　我們分開看就是：有源+負(fù)載牽引。負(fù)載牽引已經(jīng)說過了，那么有源語出何處呢？其實(shí)有源是指實(shí)現(xiàn)負(fù)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(gè)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(gè)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(gè)電流源，分別起名為Im，Ip。，二者的共同負(fù)載阻抗為R。

　　圖2-2有源負(fù)載牽引示意圖

　　如此，負(fù)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(gè)情景模擬。首先假設(shè)電流Ip為0，那么此時(shí)只有電流Im流過負(fù)載R，負(fù)載上的電壓V就是Im*R。換言之，從電流源Im向負(fù)載方向看過去的阻抗Zm此刻等于V/Im，也就是等于負(fù)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(fù)載，此時(shí)從電流源Im看向負(fù)載的阻抗Zm是多少呢？還是用電壓除以電流嘛。此刻負(fù)載上電壓是（Im+Ip）*R，電流是Im（這點(diǎn)很重要，因?yàn)閺碾娏髟碔m這一側(cè)看到流入負(fù)載的電流一直是Im，沒有變化的），那么此時(shí)的Zm就是（1+Ip/Im）*R了。聰明的你會(huì)發(fā)現(xiàn)，電流源Ip對(duì)電流源Im的視在阻抗進(jìn)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(shí)，主路的視在阻抗為負(fù)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(shí)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(duì)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(gè)有源負(fù)載牽引的過程說清楚。其實(shí)上面的一堆就是下面的一個(gè)式子（還是數(shù)學(xué)簡潔?。?，愿意看的請(qǐng)移步。

　　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(duì)應(yīng)呢？接下來就說一下Doherty里如何進(jìn)行負(fù)載牽引（準(zhǔn)確的說是對(duì)Carrier路），進(jìn)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(duì)稱Doherty來講，此時(shí)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(hào)比較小的時(shí)候（也就是說輸出功率不大時(shí)），Peak路是關(guān)斷的，不工作，沒有電流。此時(shí)從合路點(diǎn)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(hào)功率慢慢增加，peak路開始打開，有電流流入負(fù)載。如前分析，此時(shí)主路看到的阻抗Rm就開始慢慢變大，當(dāng)兩路都飽和時(shí)，Rm就變?yōu)榱?R。這個(gè)過程就是Peak路對(duì)Carrier路的有源負(fù)載牽引。那么有人此時(shí)可能有會(huì)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(fù)載阻抗變大（效率變大），回退功率時(shí)（Peak路減小輸出）負(fù)載阻抗變?。ㄐ首兊停?。很好，其實(shí)細(xì)心的同學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)，在Carrier路中，功放輸出后有個(gè)叫阻抗變換器的東西。這個(gè)東西其實(shí)就是一個(gè)無源電路，通常理論分析時(shí)用一個(gè)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。