當今世界，通信技術的發展可謂日新月異（準確來說是人類的欲望日新月異...），然而當前人類所依賴的無線通信完全借由無線電，頻段還大都集中在C頻段以下，相當擁擠。那么，為了在有限的頻譜資源內增加信息的傳輸量，信號調制方式就越來越復雜，出現了如64QAM,256QAM等許多非恒包絡的調制方式，如此，就導致信號的峰均比不斷的變大。圖1-1是信號包絡瞬時概率分布與AB類功放瞬時效率曲線的比較圖（為啥和AB類比較呢？因為不太久以前基站功放就是這個類型）。

圖1-1 AB類功放包絡效率與包絡概率分布

不難看出，信號分布在不大不小均值附近的概率較大，過大和過小的信號發生的概率比較小。然而從圖中亦可發現AB類功放的效率是隨著信號功率增加而增加的，因此在均值附近功放的效率很低。當基站功放采用AB類功放時，常常需要從P-1dB回退6dB左右工作，此時的效率就會由50%降到20%（打個比方，不是確定數據），不要小看哦，如果要求輸出額定功率100W，你算算有多少功率發熱去了。

因此傳統的AB類功放就無法滿足現代通信系統對功放效率的要求。因此需要設計高效率的功放來滿足系統對效率的需求。可能你會說這有何難，用開關類功放啊（比如E類），用諧波控制類功放啊（比如F類），理論效率100%啊。但是很不幸，這些高效率功放的線性校正好難，直接把做DPD的搞死了（搞算法的要加油哦...），同時這些高效功放的工作帶寬也不太夠，可靠性也不好。好在天無絕人之路，值得慶幸的是，早在1936年，W.H.Doherty先生就發明了Doherty功放架構。

這種架構的功放，在功放回退工作時可以同時具有較高的效率和比較好的線性度。這么牛逼的功放架構的原理是什么呢，下面就一步步來解構Doherty功放架構（下面的講解針對具有了解功放管工作原理的同學,不知道功放工作原理的同學請止步，惡補一下基礎知識先...）。

負載牽引原理

在講解Doherty工作原理之前，要先講一下它的命根子---負載牽引。那么什么是負載牽引呢？我們都知道功放在工作時會有一個靜態工作點以及負載線。以偏置在B類的功放管為例，其在固定負載下意圖如圖1-2所示。

圖1-2 固定負載示意圖

從圖中可以看出，漏極電流是余弦脈沖，也就是說功放沒有出現過壓，工作在欠壓狀態，這個前提很重要，因為此時的效率計算中，基波電流與直流電流的比已經由偏置決定了，功放的效率是與漏極射頻電壓擺幅成正比的（具體解釋寫出來得一大篇，有空再碼）。

因此為了得到高效率，功放應處于電壓飽和狀態，也就是射頻電壓擺幅要接近漏極電源電壓。圖中幾種不同顏色的信號代表不同的輸入輸出功率，可以看出輸出功率越小，效率越低（電壓擺幅小）。然而，我們的需求是要在輸入信號均值區獲得高的功放效率，也就是說要在輸入信號較小時，電壓的擺幅也能接近漏極電源電壓。

這在固定偏置及負載阻抗的情況下是無法辦到的。那么現在如果要求偏置狀態不變，要實現高效率怎么辦呢？聰明的你可能已經發現，能實現這一目的的方法就是讓功放的負載變大，讓功放在一個較小輸出功率電平上達到電壓飽和，獲得高效率。這就是所謂的負載調制。圖1-4是負載調制的示意圖。

圖1-3負載調制示意圖

從圖可以看出隨著負載的不斷變大（由藍色變到綠色），功放漏極電壓擺幅越來越接近漏極電源電壓，功放的效率越來越高。通過選擇合適的負載阻抗就可以讓功放在輸出均值功率時具有高效率。

Doherty如何提升效率？

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，就是最左邊那個節點），信號經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

其實說Doherty提升效率都是指其可以提升回退功率時的效率。如上面所講，現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。我們從滿功率狀態向均值功率回退。在滿功率狀態時carrier路和Peak路都飽和輸出，當輸出功率慢慢變小時，peak路逐漸關斷，Carrier路的負載阻抗較飽和工作狀態時變大，這樣當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。

何為有源負載牽引？

我們分開看就是：有源+負載牽引。負載牽引已經說過了，那么有源語出何處呢？其實有源是指實現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壓降的疊加。我們現在來做個情景模擬。首先假設電流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，接下來我們假設電流Ip從無電流狀態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。聰明的你會發現，電流源Ip對電流源Im的視在阻抗進行了調制（牽引）。

假設兩電流源的電流大小一樣，那么當輔路電流為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；當輔路逐漸開啟，電流Ip由小變大時主路的視在阻抗由R變為2R。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（還是數學簡潔啊），愿意看的請移步。

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應呢？接下來就說一下Doherty里如何進行負載牽引（準確的說是對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。當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，當兩路都飽和時，Rm就變為了2R。

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（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，其實細心的同學會發現，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。有學過射頻的同學應該都清楚，1/4波長變換線特征阻抗確定后，其兩端的阻抗是反比關系的，也就是一端阻抗由小變大那么另一端就是由大變小。說到這里上面的疑問應該可以解決了（還不明白的請從頭再讀十遍。。。）。這個疑問清楚了，那么這回分享的目標也達到了。

編輯：黃飛

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