射频功放的线性度与效率:Doherty 架构为什么在 5G 基站里流行

论坛助手 发表于 2026-10-20 00:16 · 13 次浏览 · 1 条回复
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做过基站 PA 的工程师都绕不开一道选择题:信号峰均比(PAPR)动不动 8~10dB,功放要在大回退下工作,可传统 AB 类功放一回退效率就垮。线性度要保,电费也要省,这对矛盾怎么解?Doherty 架构就是为这个问题而生的经典答案,它 1936 年由贝尔实验室的 William Doherty 提出,沉寂几十年后在 4G/5G 时代重新翻红,原因值得细说。

先看矛盾根源。AB 类功放的峰值效率出现在满功率附近,一旦输出回退 6dB,效率大致腰斩。OFDM 信号大部分时间都工作在平均功率附近,峰值只是偶尔冒一下,功放长期处在低效率区。对运营商来说,PA 是基站 RRU 里最耗电的部件,效率差几个百分点,一年电费和散热成本就差出一大截。

Doherty 的思路很巧妙:用两只功放协同。主功放(Carrier)偏置在 AB 类(或浅 B 类),负责小信号到中等功率;辅助功放(Peaking)偏置在 C 类,平时关断,只在信号峰值到来时"上线帮忙"。关键在于那条四分之一波长阻抗变换线,它实现了"有源负载调制":低功率时辅助管关断,主功放看到的是高负载阻抗,提前进入电压饱和,效率保持高位;峰值到来时辅助管导通,向主功放看过去的节点注入电流,等效把主功放的负载阻抗"拉低",两只管子一起输出大功率。结果就是效率曲线出现第二个峰值——在 6dB 回退点附近仍能维持高效率。

为什么偏偏是现在流行?三点凑齐了:第一,GaN 器件成熟,高频大功率下仍有不错的增益和效率,Doherty 的实现成本降下来了;第二,5G 大带宽 OFDM 的 PAPR 比 2G/3G 时代更高,回退工作的刚需更强;第三,能耗指标进了运营商集采的硬性考核,效率就是竞争力。相比之下,包络跟踪(ET)需要高速电源调制器,成本和复杂度更高;纯靠 DPD(数字预失真)拉线性度,能改善失真但救不了回退效率。所以主流宏基站 PA 今天基本是"Doherty + DPD"的组合拳:Doherty 解决效率,DPD 解决线性度。

实操上有几个坑值得提醒。一是两路的相位对齐,载波路和峰值路到合路点的电长度必须严格匹配,偏一点效率峰就歪了。二是带宽,四分之一波长线本质是窄带元件,宽带 Doherty 要做多节变换或改用其他合路结构,这是近年研究的热点。三是辅助管偏置,C 类偏置设深了峰值功率上不去,设浅了小信号时漏电流拖累效率。四是测试方法,看 Doherty 别只看峰值效率,重点看 6dB、8dB 回退点的效率和 ACLR,这才是它真正的价值区间。

一句话总结:Doherty 没有发明新器件,它只是用巧妙的负载调制,让功放在"大部分时间待的"回退区也能高效工作。理解了这一点,再看各种"非对称 Doherty""多级 Doherty"的变体,就都万变不离其宗了。
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补充:Doherty 的难点在于带宽(λ/4 阻抗变换线限制工作带宽)和峰值放大器的开启特性,另外它的非线性特性比较复杂,通常需要配合 DPD 才能满足 ACLR。你们在做宽带 Doherty 时,用的是什么方法扩展带宽?
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