Doherty 放大器简介

1月前浏览1800

今天我们一起来学习一下Doherty 放大器的相关知识。

作为一个射频工程师，你想在业界留下你的名字吗？发明一个以你的名字命名的射频器件就可以。射频领域青史留名的大神除了我们之前介绍的 Simith 原图，Wilkinson 功分器，Lange 耦合器，还有一个比较有名的就是今天要介绍的Doherty大神——Doherty放大器的发明人。

William Doherty曾在西部电气的贝尔实验室工作，开发用于跨洋广播的高功率发射器. 他开发的一种大大提高射频功率放大器效率的方法使他的名字在当今的射频行业中广为人知。1937 年 5 月，Doherty 因其想法而被无线电工程师协会授予莫里斯利布曼奖。他还年轻二十九岁！他的发明很快被西方电气工程师的忠实团队推向市场。到 1940 年，Western Electric 已将 Doherty 概念纳入全球 35 个商业广播电台，功率高达 50 千瓦。在过去的二十年里，这个概念被微波设计者多次利用，包括 MMIC 表示；2004 IEEE Microwave Symposium 列出了大约 10 篇以“Doherty”为标题的论文！

无线通信系统对 Doherty 放大器的要求

Doherty 放大器现在大量用于蜂窝电信系统以及许多其他需要更高功率水平和良好效率水平的无线电通信系统的基站发射机内的 RF 电路设计。全球有数以百万计的基站，效率提升带来的成本节约是巨大的。

Doherty 功率放大器能够提高放大器效率，同时使其保持线性工作模式。由于移动通信/无线通信系统需要降低功耗并提高整体效率以保持其生态证书，因此降低功耗是一项关键要求。

随着用于 3G、4G 和 5G 移动通信等系统以及其他无线电通信系统的更新调制格式的峰值与平均功率比不断增加，线性度是最大限度减少数据错误的关键。

然而，普通的线性放大器根本没有效率，需要像 Doherty 原理这样的技术来确保无线电通信和无线通信系统的功率放大器保持高效。

基本上，效率定义为输出功率除以输入功率，但这会受到许多问题的影响，包括峰均功率比。

要查看峰均功率比如何影响效率，有必要查看放大器的运行情况。在线性模式下工作时，输出设备必须始终处于导通状态，输出电压在两个限值之间上升和下降。

在这种模式下运行时，通常称为 A 类，可实现的最大理论效率为 50%，但在实际系统中，实现的水平始终低于此水平。电路损耗是一个原因，但另一个原因是信号可能未达到 RF 放大器的最大电平。

为了达到更好的效率水平，可以将放大器驱动到压缩状态。使用这种方法可以实现更高的效率水平。没有幅度成分的频率调制、FM 等信号不会因此而失真。唯一的信号劣化是产生了基本载波的额外谐波，但这些谐波可以使用 RF 滤波器滤除。

不幸的是，当使用幅度分量调制的信号应用于压缩运行的放大器时，会导致幅度失真。在极限情况下，当放大器在完全限制模式下运行时，所有幅度分量都会被剥离。

对于当今使用的数据传输系统，如 UMTS、HSPA、4G LTE、5G 等，所使用的射频波形除了相位元素外还包含幅度分量，因此它们需要线性射频放大器。

当峰均比增加时，情况会变得更糟，因为放大器必须能够适应峰值，同时在其操作中保持线性。为了实现这一点，放大器只能以非常低的平均功率运行，这会降低效率。

Doherty 放大器的工作原理

当输出功率从饱和状态回退时，与平衡放大器相比，Doherty 放大器提供了更高的效率。Doherty 放大器通常用于通信（无线电，而不是雷达）。Doherty 放大器的核心是 Doherty 合路器，如下所示。

Doherty 放大器功率组合了两个（最近，更多）放大器，一个称为“载波”放大器，而第二个称为“峰值”放大器。在许多 Doherty 放大器中（将在下面进一步讨论更多替代方案），两个放大器的偏置不同，载波放大器处于正常的 AB 类（提供任何功率电平的增益）或 B 类，而峰值放大器处于 C 类只在周期的一半进行。与平衡放大器相比，Doherty 放大器的优点在于在回退功率水平下提高了功率附加效率。如果您总是在饱和功率下运行（就像在许多雷达中一样），那么您就无法使用 Doherty。

Doherty 放大器对的工作原理如下：在输入上，使用正交耦合器（不一定是等分）分割信号，例如Lange或分支线混合（分支线显示在我们的原理图中）。输入的行为与平衡放大器相同，并且具有相同的特性，即如果反射系数的幅度和相位相等，则失配放大器的反射系数会降低，反射波最终会进入负载端接耦合器的隔离端口。

Doherty 对的输出是生活变得有趣的地方。两个信号的相位相差 90 度，但通过增加峰值放大器的四分之一波传输线，它们会恢复同相并进行无功组合。此时，并联的两个信号形成 Z0/2 阻抗。这是由四分之一波变压器提升到 Z0 的。在 50 欧姆系统中，变压器为 35.35 欧姆。然而，放大器是非线性工作的，因此输出组合器更加复杂。在操作期间，一个放大器的响应会主动负载拉另一个放大器，因为它们不像在威尔金森功率分配器中那样被隔离。要设计 Doherty 放大器，您将需要执行非线性分析。

当我们说载波放大器“先打开”时，我们指的是整体输入/输出功率曲线。当载波放大器开始压缩时，峰值放大器开始工作。是的，我们仍然需要一个图形......

有几种方法可以使两个放大器的行为不同。如前所述，您可以将它们设置在不同的偏差类中。您可以在同一类中操作它们，但在需要时使用自适应偏置方案打开峰值放大器。您可以使用大小不等的设备。或者您可以在输入上使用不等分功率分配器。

Doherty 放大器类型

可以设计多种不同类型的 Doherty 功率放大器：

对称 Doherty 放大器：这是Doherty 放大器RF 电路设计的更直接的方法。它在电路中使用了两个相同的射频放大器，但没有提供第二种类型的性能。
非对称 Doherty 放大器：非对称 Doherty 是此类放大器射频电路设计中使用最广泛的格式。它在整个模块中有两个不同的 RF 放大器。在这种方法中，峰值放大器具有更高的功率能力。这意味着它可以适应信号峰值，让较低功率的放大器更有效地满足较低的信号电平。这种方法可以实现更好的性能水平。
数字 Doherty 放大器：传统的模拟技术已应用于 Doherty 放大器，但用于不同放大器和相位偏移的不同偏置方案具有有限的带宽和效率 - Doherty 放大器的设计具有挑战性。Doherty 放大器的开发是使用数字技术进行的。

使用数字 Doherty 放大器方法，可以使用查找表来进行载波和峰值放大器之间的动态相位对齐。然后将数字预失真 DPD 与开环放大器一起用于峰值放大器信号路径。通过使用 DPD，峰值放大器的幅度调制/相位调制响应变得相对恒定。这意味着通过在相位滞后信号路径的输入端添加恒定相移，可以相对容易地校正两条传输线路径之间的任何相位差问题。

数字 Doherty 放大器尚未广泛使用，但数字 Doherty 方法克服了完全线性方法的许多问题，并且可以提供一些显着的改进。

Doherty示例

这是组装在 Doherty 评估板上的BLF888E 射频功率晶体管对，该评估板在罗杰斯软板材料的微带中实现。图像和晶体管可从 Ampleon 获得。这是一件真正的艺术品，为什么你认为RF电路板被称为艺术品？在这种情况下，晶体管具有相同的尺寸并在同一点偏置。Doherty 动作是由于输入上的功率分配器不相等。它是通过威尔金森分压器实现的，其中一个输出后跟一个波浪形的高阻抗、四分之一波长阻抗变压器。功率比（您可以在网上找到）是 1:1.5。在输出端，粗线是阻抗变压器以匹配晶体管的低阻抗输出。上面的路径有一个额外的四分之一波长，以使晶体管恢复同相。载波放大器在顶部，峰值放大器在底部；由于其前面的高阻抗线路，峰值放大器具有较低的输入功率。那对放大器的峰值功率为 750 瓦！

Doherty 放大器的优缺点

在考虑使用 Doherty 放大器时，有必要了解主要的优点和缺点。

Doherty 放大器优势

能够实现更高的效率水平。
技术不像包络跟踪那么复杂，它也提高了射频放大器的效率

Doherty 放大器的缺点

很难在很宽的带宽上保持分路器的相移，因此 Doherty 放大器只能在有限的带宽上使用。
成本高于单个放大器。
设计不易进行并获得最佳性能。

Doherty 放大器确实有其缺点，但越来越多地用于移动电话基站和其他无线通信和通用无线电通信系统。在这里，Doherty 放大器能够提供所需的改进效率 - 蜂窝网络可能会消耗大量功率，运营商试图减少这种情况以降低成本。除此之外，放大器需要是线性的，以防止可能发生的失真和其他影响，如频谱再生，尤其是在放大器是非线性的情况下。

[object Object]

来源：射频学堂

最新射频技术岗面经出炉！！！

大家好，这里是射频学堂。从去年开始，我们开始关注射频行业的招聘和就业问题。为什么去年才开始关注呢？因为之前射频这个专业压根就不存在就业问题，唯一存在的就无非是工资高低，地域问题等不是问题的问题。但是近两年，射频类专业就业也逐渐开始走下坡路了。毕业即失业这个现象在我们这个专业也蔓延开来。所以呢，射频学堂就想利用公众号这个平台能够为大家推荐一些就业相关的信息，同时也组建了应届生就业备战群，大家可以互通信息，互相帮助。今天，为大家整理了最新出炉的一些面经，希望对大家有所帮助。OPPO射频面经（来源：牛客网，作者：作者：求offer求顺利毕业）oppo二面1自我介绍2本科有参加项目或者比赛吗？3展开讲解一下硕士学位论文。课题目前什么进度？现有算法缺陷是什么，用人工智能做是创新点吗，怎么想到的？需要做实物吗？这个研究是理论封存还是有实际的工程价值，有相关的项目背景吗？做项目或者科研，刚开始拿到项目时，有会给自己定更高的指标的情况吗？加工误差在实际过程中怎么解决的？4经历偏天线，从个人发展来说，你怎么看天线射频领域？5本科，硕士学习中有遇到让你挫败感的事情吗？6项目是个人做的吗，还是一个团队做的？7最近一年除了毕设，有对生活学习有什么规划吗？8有了解oppo的一些产品吗？oppo hr面1自我介绍2为什么应聘oppo，对oppo的了解。对射频工程师和天线工程师的看法，优先选哪个？3求职中最关心的3个因素？4对oppo产品的了解？该产品设计不错的功能是什么？区别于别的品牌优势是什么？5手表手环面向群体是什么？你手机是什么，他的优势是什么？6对于工作地点怎么考虑的？西安东莞有什么先后级吗？家人怎么考虑的？7你现在投了哪些产业，有什么排序？手上有其他offer吗？8毕业设计进度怎么样了？有数据了吗？发论文了吗，达到毕业要求了吗？9本科毕业为什么选择东南大学？10西安，南京你觉着这两个地方怎么样？东莞或者广东你来过吗？会议在广州开为什么去深圳？11放暑假了吗？课题组工作强度怎么样？对加班怎么看待？能接受的工作强度？12运动爱好？每天上班到10.还会运动？13导师接受学生提前来实习吗？14考虑读博吗，为什么？15反问小米提前批来源：牛客网作者：牛客437556267号1、简单介绍一下自己2、保送还是考研3、射频电源放大的是电源吗？4、你这个技术是不是类似于无线充电5、为什么要用13.56M信号，其他频率可不可以6、讲一下放大器的架构，class A？class B？架构的选择方面，你是基于什么考虑的7、你的信号源是有调制吗？就是一个单载波信号吗？8、你主要传输的是一种能量，用AB类达到好的线性度来保证不失真，你觉得失真对你的影响大吗？9、信号经过功放这类非线性的有源器件的话，会产生哪些杂波？10、简单说一下三阶交调的原理是什么11、做通信系统中，三阶交调会带来什么样的危害或者干扰12、发射、接收机的链路架构简单说一下13、现实通信中信号源是从哪里来的？怎么通过天线传输出去的？比如打电话的时候。14、想让你讲一下怎么转换的，转换这块你再了解一下，接收那块包括低噪放后面转换成你想要的声音这块，你再了解一下。找一本发射机、接收机相关的书看一下15、放大器用了两级，你的级间匹配是如何调的16、是怎么匹配的，是用阻容感还是别的方法17、阻容感的位置匹配预留了几级的串并18、为什么要将50欧姆匹配到4欧姆而不是其他的数值　19、讲一下你对史密斯图的了解20、你们的网分用的哪个系列21、简单讲讲分立式锁相环电路应用背景分立式锁相环架构指标 22、12位和控制精度的关系是什么23、50.001M能锁住吗？最小的锁定频率间隔是多少24、第三个项目也是频综相关的是吧25、编程一共写过多少行代码26、你了解过ｐｙｔｈｏｎ吗？27、求学经历有没有碰到一些困难？怎么克服的？锐石创芯射频面经来源：牛客网作者：Orangebear_一面、专业面随时共享屏幕，有点压力大，没有提前针对问题进行准备加上跨行业，实在没办法，已经尽力了。本科研究生学过的相关课程CMOS有哪些了解电流镜有了解么讲一讲原理（完全不会）（下次面射频相关需要提前了解一下CMOS相关基础知识）针对项目进行问答仔细探讨毕设项目第二个项目，问有没有做实物，回答没有（感觉应该回答有）导致后续没有问问题了，应该回答相关实物制作和测试的问题。反问有没有什么相关学习渠道有关射频回答论坛上一些帖子，但最基础还是针对书本上的基础理论进行设计感觉您对功分器耦合器了解很多，想咨询这方面在射频模组设计这一块在哪里有应用回答：一些什么单项耦合器、威尔金森耦合功分器等、功率分配器、功率加法什么的，主要是针对射频终端方面用的多（没怎么听懂）中电10所射频面经来源：牛客网作者：求offer求顺利毕业技术面1自我介绍2毕设项目是只做仿真吗？加工需要加工什么？3项目只做了2个月，你主要做了哪些东西？发射链路，接收链路都有啥？具体器件的指标了解吗？接收链路整个链路调试过程中测了啥？（应该各个模块和级联都要回答）接收链路整个链路完整指标记得吗？发射链路指标有啥？输出信号特性怎么样？谐波抑制呢？输出功率10dBm是饱和输出功率吗，测过线性功率和饱和输出功率吗？10dBm是指标要求吗？是砷化镓放大器吗？是单片吗？工艺了解吗？是自己测试吗？一开始有人带吗？加工设计是别人做的吗？（链路分析要加强）项目调测用了哪些仪器？各模块供电是怎么设计的？所有套件都是5V供电吗？有过射频电路画板经历吗？用过Altium Designer吗？4硕士课题是最主要做的吗？用谐振腔做的吗？5PC控制矢网实现自动化测量简要介绍一下。hr面1自我介绍2有出差经历吗？如何看待年轻人回老家考公务员？如何看待研究所需要跑流程签字？是独生子女吗？为什么不考虑南京研究所？影石射频面经来源：牛客网作者：想养修勾的小刺猬等1、自我介绍2、介绍收发信机的项目3、如何进行芯片选型，需要看哪些指标4、为什么需要两级混频，一级为什么不行5、PA设计，选择PA需要参考哪些指标，非线性指标有哪些，P1dB定义、在ADS进行了哪些设计或者调试6、LNA设计、进行了哪些调试、噪声系数定义、级联噪声系数公式、通过噪声系数可以得到什么启示7、微波暗室测量天线需要测试哪些参数？8、项目中有没有降低成本但是最后达到指标的，怎么做的？9、平时喜欢关于硬件方面的东西吗，会自己去学吗，比如说会关注这类新闻吗？10、参加的研究生电子设计竞赛是什么级别的竞赛，设计了什么，西北赛区一等奖是什么样的水平？信息来源：牛客网网友分享。[object Object] 来源：射频学堂