Doherty放大器必將在無線通信和射頻技術(shù)中發(fā)揮更加重要的作用

引言

在無線通信和射頻技術(shù)快速發(fā)展的今天，Doherty放大器因其高效率和高線性度，在基站發(fā)射機和其他需要高功率水平的無線電通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，Doherty放大器的優(yōu)化一直以來都是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，這限制了其在更多射頻應(yīng)用領(lǐng)域中的普及。幸運的是，隨著單片射頻控制器技術(shù)的出現(xiàn)，尤其是Peregrine半導(dǎo)體公司開發(fā)的UltraCMOS MPAC(單片相位與幅度控制器)，Doherty放大器的優(yōu)化變得更加簡單和高效，為其在更多射頻應(yīng)用中的使用提供了可能。

Doherty放大器的基本原理與挑戰(zhàn)

Doherty放大器是由William H. Doherty于1936年提出的，其基本原理是將輸入信號進行功率分配，分別通過工作在AB類狀態(tài)的載波放大器和工作在C類狀態(tài)的峰值放大器進行放大，然后在輸出端通過負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)功率合成。這種架構(gòu)能夠在回退功率水平下顯著提高功率附加效率，特別適用于無線通信系統(tǒng)中峰均比(PAR)較高的場景。

然而，Doherty放大器的優(yōu)化過程復(fù)雜且耗時。這主要是因為其架構(gòu)中包含了多個對頻率和制造敏感的元件，如輸出負(fù)載匹配變壓器、阻抗反轉(zhuǎn)器等。此外，載波放大器和峰值放大器之間的相位和幅度校準(zhǔn)需要精確控制，任何失配都會導(dǎo)致性能下降。傳統(tǒng)上，這一優(yōu)化過程依賴于人工操作，需要工程師使用分立元件進行調(diào)試，不僅成本高、耗時長，而且難以保證一致性。

單片射頻控制器UltraCMOS MPAC的出現(xiàn)

針對Doherty放大器優(yōu)化困難的問題，Peregrine半導(dǎo)體公司開發(fā)了UltraCMOS MPAC(單片相位與幅度控制器)。這款單片射頻控制器通過數(shù)字接口實現(xiàn)了載波和峰值路徑之間的相位與幅度校準(zhǔn)，極大地簡化了優(yōu)化過程，提高了效率和可靠性。

UltraCMOS MPAC集成了1個數(shù)字串行外設(shè)接口(SPI)、2個移相器、2個數(shù)字分級衰減器和1個90度分離器，能夠獨立地調(diào)整載波和峰值路徑上的相位和幅度。這種單芯片系統(tǒng)避免了使用分立元件，不僅降低了成本，還提高了系統(tǒng)的整體性能和可靠性。工程師可以通過SPI接口輕松調(diào)整相位和幅度，無需再進行復(fù)雜的人工調(diào)試。

UltraCMOS MPAC的技術(shù)優(yōu)勢

高精度與寬范圍

UltraCMOS MPAC提供了每個路徑87.2°的寬相移范圍和2.8°的精細(xì)步距，確保了相位和幅度的精確校準(zhǔn)。其單路徑相對相位在整個射頻頻率范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的單一趨勢，為Doherty放大器提供了優(yōu)異的性能保障。

高線性度與低功耗

UltraCMOS MPAC能夠提供65dBm的IIP3高線性度和300μA的超低功耗，滿足了現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)對高效能和低能耗的需求。此外，它還支持31dBm的峰值輸入射頻功率，并具有30dB的高端口到端口隔離度，進一步提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

靈活性與集成度

UltraCMOS MPAC取消了多種分立元件，不僅降低了材料清單(BOM)的成本，還提高了系統(tǒng)的集成度和靈活性。工程師可以根據(jù)實際需求，通過SPI接口靈活調(diào)整相位和幅度，為基于LDMOS(橫向擴散的金屬氧化物半導(dǎo)體)或GaN(氮化鎵)的Doherty功放提供最大的調(diào)整靈活性。

促進Doherty放大器在更多射頻應(yīng)用中的使用

隨著UltraCMOS MPAC的推出和應(yīng)用，Doherty放大器在更多射頻應(yīng)用領(lǐng)域中的使用得到了顯著促進。原本由于優(yōu)化困難而避免使用Doherty結(jié)構(gòu)的市場和應(yīng)用，現(xiàn)在可以借助這款單片射頻控制器輕松實現(xiàn)高效能和高線性度的功率放大。

例如，在無線通信基站中，Doherty放大器已經(jīng)占據(jù)了主導(dǎo)地位。隨著5G技術(shù)的快速發(fā)展和普及，對基站發(fā)射機的性能要求越來越高。UltraCMOS MPAC的應(yīng)用使得Doherty放大器能夠更好地適應(yīng)這些挑戰(zhàn)，提高基站發(fā)射機的效率和可靠性。

此外，Doherty放大器還可以應(yīng)用于其他需要高功率水平和良好效率水平的無線電通信系統(tǒng)，如衛(wèi)星通信、雷達(dá)系統(tǒng)等。通過UltraCMOS MPAC的優(yōu)化，這些系統(tǒng)可以實現(xiàn)更高的性能，滿足更廣泛的應(yīng)用需求。

結(jié)論

單片射頻控制器UltraCMOS MPAC的出現(xiàn)，為Doherty放大器的優(yōu)化帶來了革命性的變化。它簡化了優(yōu)化過程，提高了效率和可靠性，使得Doherty放大器能夠更廣泛地應(yīng)用于各種射頻領(lǐng)域。隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用的深入拓展，Doherty放大器必將在無線通信和射頻技術(shù)中發(fā)揮更加重要的作用。