如何提升射頻功率放大器的效率

　　熱力學(xué)的基本規(guī)律揭示出沒有電子設(shè)備可以實現(xiàn)100%的效率——雖然開關(guān)電源比較接近(達(dá)到98%)。但不幸的是任何產(chǎn)生RF功率的器件目前都無法 達(dá)到或者接近理想的性能，因為將直流功率轉(zhuǎn)換為射頻功率過程中面臨太多的缺陷，包括整個信號路徑傳輸造成的損耗，轉(zhuǎn)到工作頻率時的損耗，以及該器件固有特 性損耗等。結(jié)果，MIT科技評論的一篇文章曾毫不客氣的這樣評價RF功率放大器，“它是一個非常低效的硬件。”

　　毫不奇怪的是，RF功率產(chǎn)品的每一環(huán)節(jié)廠家，從半導(dǎo)體到放大器再到發(fā)射器，以及大學(xué)和國防部，每年都花費大量的時間和財力，以提升RF功率器件的效率。這么做有充足的理由：即使是效率的細(xì)微提升，也可以延長電池驅(qū)動類產(chǎn)品的工作時間，并降低無線基站每年的電力消耗。圖1顯示了RF部分占基站整體功耗的比例情況。

　　圖1：將基站電力消耗中的各種射頻相關(guān)部分加起來，最終結(jié)果值將相當(dāng)大。

　　幸運的是，經(jīng)過連年不斷努力提升RF效率，這些情況在逐漸改變。這些工作有一些是在器件級，有些則采用了一些創(chuàng)新技術(shù)，比如包絡(luò)跟綜，數(shù)字預(yù)失真/波峰因子降低方案，以及采用比常見AB類級別更高級的放大器。

　　放 大器設(shè)計的一個重大轉(zhuǎn)變是5年內(nèi)就成為基站放大器標(biāo)準(zhǔn)的Doherty 架構(gòu)。自從貝爾實驗室(隨后成為了西屋電氣的一部分)的Doherty 博士在1936年發(fā)明這種架構(gòu)后，它大部分時間處于沉寂狀態(tài)，只在幾個應(yīng)用中使用過。Doherty 的研究創(chuàng)造了一種新的放大器結(jié)構(gòu)，在輸入信號具備很高峰均比(PAR)時，還可以提供極高的功率附加效率。事實上，如果設(shè)計得當(dāng)，相較于標(biāo)準(zhǔn)并行AB類放 大器，Doherty 放大器的效率可提升11%到14%。

　　當(dāng)然，在1936年以后的許多年間，只有很少類信號具備這些特性，如通信系統(tǒng)中 使用調(diào)制方案的AM和FM便沒有。而目前，幾乎每一個無線系統(tǒng)都產(chǎn)生高PAR信號，從WCDMA到CDMA2000再到任何采用正交頻分復(fù)用的系統(tǒng) (OFDM)，例如WiMAX，LTE和最近的香餑餑Wi-Fi。

　　圖2:一個典型的Doherty放大器