如何提升射頻功率放大器的效率

　　熱力學(xué)的基本規律揭示出沒(méi)有電子設備可以實(shí)現100%的效率——雖然開(kāi)關(guān)電源比較接近(達到98%)。但不幸的是任何產(chǎn)生RF功率的器件目前都無(wú)法 達到或者接近理想的性能，因為將直流功率轉換為射頻功率過(guò)程中面臨太多的缺陷，包括整個(gè)信號路徑傳輸造成的損耗，轉到工作頻率時(shí)的損耗，以及該器件固有特 性損耗等。結果，MIT科技評論的一篇文章曾毫不客氣的這樣評價(jià)RF功率放大器，“它是一個(gè)非常低效的硬件。”

　　毫不奇怪的是，RF功率產(chǎn)品的每一環(huán)節廠(chǎng)家，從半導體到放大器再到發(fā)射器，以及大學(xué)和國防部，每年都花費大量的時(shí)間和財力，以提升RF功率器件的效率。這么做有充足的理由：即使是效率的細微提升，也可以延長(cháng)電池驅動(dòng)類(lèi)產(chǎn)品的工作時(shí)間，并降低無(wú)線(xiàn)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(lái)，最終結果值將相當大。

　　幸運的是，經(jīng)過(guò)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，數字預失真/波峰因子降低方案，以及采用比常見(jiàn)AB類(lèi)級別更高級的放大器。

　　放 大器設計的一個(gè)重大轉變是5年內就成為基站放大器標準的Doherty 架構。自從貝爾實(shí)驗室(隨后成為了西屋電氣的一部分)的Doherty 博士在1936年發(fā)明這種架構后，它大部分時(shí)間處于沉寂狀態(tài)，只在幾個(gè)應用中使用過(guò)。Doherty 的研究創(chuàng )造了一種新的放大器結構，在輸入信號具備很高峰均比(PAR)時(shí)，還可以提供極高的功率附加效率。事實(shí)上，如果設計得當，相較于標準并行AB類(lèi)放 大器，Doherty 放大器的效率可提升11%到14%。

　　當然，在1936年以后的許多年間，只有很少類(lèi)信號具備這些特性，如通信系統中 使用調制方案的AM和FM便沒(méi)有。而目前，幾乎每一個(gè)無(wú)線(xiàn)系統都產(chǎn)生高PAR信號，從WCDMA到CDMA2000再到任何采用正交頻分復用的系統 (OFDM)，例如WiMAX，LTE和最近的香餑餑Wi-Fi。

　　圖2:一個(gè)典型的Doherty放大器