如何提升射频功率放大器的效率

热力学的基本规律揭示出没有电子设备可以实现100%的效率——虽然开关电源比较接近(达到98%)。但不幸的是任何产生RF功率的器件目前都无法达到或者接近理想的性能，因为将直流功率转换为射频功率过程中面临太多的缺陷，包括整个信号路径传输造成的损耗，转到工作频率时的损耗，以及该器件固有特性损耗等。结果，MIT科技评论的一篇文章曾毫不客气的这样评价RF功率放大器，“它是一个非常低效的硬件。”

毫不奇怪的是，RF功率产品的每一环节厂家，从半导体到放大器再到发射器，以及大学和国防部，每年都花费大量的时间和财力，以提升RF功率器件的效率。这么做有充足的理由：即使是效率的细微提升，也可以延长电池驱动类产品的工作时间，并降低无线基站每年的电力消耗。图1显示了RF部分占基站整体功耗的比例情况。

图1：将基站电力消耗中的各种射频相关部分加起来，最终结果值将相当大。

幸运的是，经过连年不断努力提升RF效率，这些情况在逐渐改变。这些工作有一些是在器件级，有些则采用了一些创新技术，比如包络跟综，数字预失真/波峰因子降低方案，以及采用比常见AB类级别更高级的放大器。

放大器设计的一个重大转变是5年内就成为基站放大器标准的Doherty 架构。自从贝尔实验室(随后成为了西屋电气的一部分)的Doherty 博士在1936年发明这种架构后，它大部分时间处于沉寂状态，只在几个应用中使用过。Doherty 的研究创造了一种新的放大器结构，在输入信号具备很高峰均比(PAR)时，还可以提供极高的功率附加效率。事实上，如果设计得当，相较于标准并行AB类放 大器，Doherty 放大器的效率可提升11%到14%。

当然，在1936年以后的许多年间，只有很少类信号具备这些特性，如通信系统中 使用调制方案的AM和FM便没有。而目前，几乎每一个无线系统都产生高PAR信号，从WCDMA到CDMA2000再到任何采用正交频分复用的系统 (OFDM)，例如WiMAX，LTE和最近的香饽饽Wi-Fi。

图2：一个典型的Doherty放大器