如何提升射频功率放大器的效率

　　经典Doherty放大器(图2)，可以归类于负载调制架构，实际上由两个放大器组成：一个载波放大器偏置在AB类模式下进行操作，而峰值放大器偏置成C类 模式。一个功分器将输入信号以90°相位差等分给每个放大器。放大后，信号通过功率耦合器被重新合成。两个放大器在输入信号处于峰值时会同时操作，每个都表现为一个负载阻抗，以最大化输出功率。

　　然而，随着输入信号功率的下降，C类峰值放大器被关闭，只有AB类载波放大器仍然工作。在较低的功率电平时，AB类载波放大器表现为经调制的负载阻抗，以提升效率和增益。随着该架构重新焕发活力，Doherty放大器设计在快速的迭代中取得了重大进展，也获得了巨大成功。

　　当然，没有任何架构是完美的。Doherty放大器的线性度和输出功率比双AB类放大器都稍差些。这给我们带来了另一个重要的电路，也已成为当今通信环境中必不可少的选择：模拟和数字线性化技术。该技术中使用最广泛的是数字预失真(DPD)，有时与波峰因子降低(CFR)组合使用。DPD和CFR都可以大幅 降低Doherty的失真，精心的器件和放大器设计可以最大限度地降低线性损失。然而，它们没有严格定义在Doherty放大器中使用，在其它放大器结构 中使用效果也相当明显。

　　提升线性度

　　现代数字调制技术要求放大器的线性度足够高，否则会出现互调失真从而降低信号质量。不幸的是，放大器性能最佳时，它们都已接近饱和电平，随后，它们变得非线性化，RF功率输出随输入功率增加而下降，并且开始出现显著失真。这种失真会导致相邻信道或服务的串扰。结果，设计人员通常将RF输出功率回退到一个“安全区”，以确保线性度。当他们这样做时，多个RF晶 体管是必需的，以达到给定的RF输出功率，这将增加电流消耗，并导致续航时间缩短，或在基站中会造成更高的运营成本。

　　DPD有效地在放大器 的输入端引入了“反失真”，消除了放大器的非线性。其结果是，放大器不需要回退到最佳工作点，从而不需要更多的射频功率器件。由于放大器变得更加高效，带 来的好处是散热成本的降低和所有重要电力消耗的减少。CFR工作时，通过减小输入信号的峰均比来持续检查失真情况，这种作法降低了信号的峰值，以使信号通 过放大器时不致产生削波或失真。当DPD和CFR一起使用时，可以取得更大的增益。

　　异相功率放大器方法

　　另一个技术，是近80年前由Henri Chireix 发明并持有的专利技术，通常被称为“outphasing”(异相功率放大器，负载调制技术家族的一员)，目前被富士通、恩智浦等用于提升放大器效率。它 结合了两种非线性RF功率放大器，由不同相位的信号驱动两个放大器。因为对相位进行了控制，使得当输出信号耦合时，使用B类RF功率放大器可以实现效率增 益。谨慎的设计技术，特别是选择适当的电抗，可以将系统优化到一个特定的输出幅度，这将带来两倍的效率提升(至少理论上如此)。

　　富士通去年 宣布其已经在某个功率放大器中采用了outphasing方法，集成紧凑、低损耗的功率耦合电路，并带有一个基于DSP的相位误差校正补偿电路，相比现有 放大器普遍的65%传输时间，该放大器传输时间可以超过95%。对该设计进行测试，这种功率放大器的峰值输出可以达到100瓦;平均电效率从50%提高到 70%。

　　输入信号被分成具有恒定幅度和相位变化的两个信号。振幅依RF功率器件设定，功率耦合电路重构源信号波形。先前，当源信号重构时，耦合精度损失需要确定相位差，阻止了该技术的商用。富士通使用的耦合器具有更短的信号路径，降低了损耗并增大了带宽。

　　恩智浦极具前景的开发

　　Outphasing 机制没有负载调制效果的一个变体被称为非线性概念的线性放大(LINC)，采用一个分离耦合器和放大级驱动到饱和，并能有效地提高线性度和峰值效率。但 LINC放大器效率相对较低，因为每个放大器工作在一个恒定功率上，即使低RF输出电平时也如此。Chireix修正了这一点，通过结合 outphasing和一个非分离耦合器和负载调制，从而提升了平均效率。恩智浦半导体公司做了进一步提升，用outphasing控制两个开关模式的 RF放大器，使它们适应高波峰因子信号。该公司正在将Chireixoutphasing技术与GaN HEMT开关式E类放大器结合起来(图3)。

　　图3：简化后的Chireix 异相功率放大器结构框图。