芯耀
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一、简介
传统基站用的射频功放，得靠不同的芯片技术、不同工作状态，才能把各项性能调到位。而想把功放性能做到最好，最头疼的事儿就是既要保证信号不失真，又要做到省电不浪费——这俩指标很难两头兼顾。
想要平衡好“信号保真”和“省电效率”，有4个核心关键点：
1、先选对芯片工艺：是用GaN、LDMOS还是SiGe，选对了才是底子好。（具体可以参考射频功率领域的“三国杀”：GaN vs GaAs vs LDMOS）
2、再定功放工作类型：常见的A类、AB类、C类、E类，不同类型的线性和效率天生不一样。（具体可以参考射频基础知识---浅谈从A类到H类的放大器）
3、接着选电路架构：单端、推挽、Doherty这三种架构，对线性和效率的平衡影响很大。（具体可以参考射频基础知识---Doherty放大器简介和射频基础知识---浅谈为什么Doherty结构能提高PA的效率）
4、最后把控功率回退比：要根据功放的1dB压缩点（P1dB），合理调整实际工作功率比峰值功率低多少。
接下来我们把这几个关键因素挨个讲透。
二、选对最优芯片工艺——氮化镓、LDMOS、硅锗怎么挑？
SiGe HBT早在90年代初就研发出来了，用在射频通信里，性能和LDMOS差不多，但电能利用率要高不少。
相同工作电流下，和同等规格的LDMOS器件比，SiGe HBT的增益更高、线性度更好、噪声系数也更低。但短板很明显：硅锗的散热能力不行，只能用在低功率器件上，一般功率都不到1W，大多用来做低噪声放大器（LNA），基站大功率功放基本不用它。
再看氮化镓（GaN）和传统LDMOS的对比，射频性能差异一眼就能看出来：GaN的功率附加效率（PAE）能比LDMOS高10%左右，但邻道功率比（ACPR）会差6dB，信号杂散更容易超标。所以如果你的核心需求是省电、效率高，GaN就是首选；要是更看重线性度、怕杂散超标，就得优先考虑LDMOS。
三、工作偏置点怎么选——A类、AB类、C类、E类的区别
射频功放的效率，说白了就是看它能不能把供电的直流电，高效转换成传给负载的射频信号功率，转换得越彻底，效率越高。衡量直流电转射频功率的效率有两个核心指标，算法很简单：
1、常规效率（η）：用 射频输出功率÷直流输入功率×100%就能算出来。
2、功率附加效率（PAE）：用（射频输出功率-射频输入功率）÷直流输入功率×100%就能算出来。这个指标更贴合实际功放工作场景，更常用。
1、 A类功放
功放工作类型，是由增益传输曲线上的偏置点，以及对应的导通角决定的。A类功放的线性度是所有类型里最好的，信号失真最小，但效率也是最低的，特别费电。
A类功放有个关键特点：不管输出功率多大，产生的双音互调失真（IMD）产物都能预判，完全可以根据器件的三阶交调截点（IP3）来推算（如下图所示为导通角为360°的 类器件偏置曲线图），不用额外反复测试，稳定性很强。
因为IMD的电平，和IP3是3:1的对应关系——简单说就是功率回退1倍，IMD就改善3倍。
要是功放工作功率比IP3低10dB（也就是-10dB回退），那互调失真就会比载波信号低30dB（-30dBc）；
要是回退20dB（-20dB），互调失真就能降到-60dBc，以此类推，规律特别固定。
这种线性度能精准预判的特点，让A类功放特别实用，常被用作射频功放链里的高回退驱动级。
2、B类功放
B类功放的核心特点，就是导通角是180°（如下图所示）。
它最经典的用法，是把两台B类功放做成推挽架构来用：一个功放管负责放大输入信号的正半周，另一个专门放大负半周，俩管子分工干活。
按照推挽架构的标准设计逻辑，这样的搭配能把完整的输入信号还原到输出端，信号不会缺半周。但实际用的时候（比如基站功放里），不会纯用B类推挽，都会调成AB类模式来工作——目的是让正负半周的导通角稍微重叠一点，这样能让线性度更好，避免信号衔接处失真。
3、AB类功放
论效率和线性的话，AB类功放就是A类和B类的折中款——既不像A类那样线性好但费电，也不像B类那样省电但线性差，刚好取中间平衡，特别适配基站功放需求。
一般调试时，AB类功放的偏置要调到“静态工作点”，对应的静态电流，大概是这个射频有源器件最大承载电流的5%到20%就行。
AB类功放的导通时间，比信号半周期长、比全周期短，对应的导通角在180°到360°之间（如下图所示）。它的效率没有固定值，最低能到0，理论最高效率能到78.5%，刚好卡在A类和B类之间。
还有个关键特点：AB类功放的导通角和线性度，都跟着输入驱动电平变。它的线性短板也很明确：当射频驱动电平太高时，射频电压会被电源电压限制而削波失真，这也是为啥功率回退比特别关键——靠合理回退才能稳住线性和效率的平衡，不至于顾此失彼。
4、C类功放
C类功放的线性度，是目前讲过的几类功放里最差的——核心原因就是它的导通角特别小，大部分输入信号都被截断了，输出信号直接丢了一大半（如下图所示）。
但反过来，它的效率却是几类里拔尖的，理论最高效率能到90%左右，特别省电。
C类功放还有个突出优点：偏置电路特别简单，一般就接一个射频扼流圈接地就行；而且没输入驱动信号的时候，功放管没有静态电流，不耗电。
5、 E类功放
纯E类功放压根不需要输入射频信号，它的射频管不是用来放大信号的，而是纯当开关用；真正的射频波形，是靠输出端的谐振电路产生出来的（如下图所示）。
正因为输出信号里完全不带任何输入信号的信息，相当于没法还原输入信号，所以E类功放的线性度其实就是0——完全没线性可言。
也正因如此，E类功放压根用不了在通信领域，只适合射频加热，或是其他工业、科研、医疗（也就是ISM）这类场景。
这里要特别说一句：射频功放行业里对这两类功放的混淆特别多，很多人经常把E类和F类搞混（下图是F类功放）。
四、电路拓扑选型——单端、推挽、Doherty怎么选？
1、单端架构（Single-Ended）
单端功放是最基础、最好懂的架构，结构特别简单：就一个输入口、一个输出口，所有信号都以接地层为参考基准。
做出来成本最低，性价比最高，也是市面上用得最多的基础功放架构。
2、推挽架构（Push-Pull）
和单端刚好相反，推挽功放要先把单端的不平衡输入信号，分成两路平衡信号，这两路信号相位差180°（简单说就是一路正、一路反）。
接着用这两路信号分别驱动两个规格完全一样的功放管，一个管推0°相位信号，一个管推180°反相信号。
这个架构得用专门的巴伦：输入端巴伦负责把单端信号分成两路180°反相的差分驱动信号；等功放管放大完，输出端还要再用一个平衡-不平衡巴伦，把两路输出信号重新合成一路信号。
推挽架构有两个核心优势，特别实用：
1. 能大幅提升功放的带宽能力——同等规格下，推挽的输出阻抗是单端的4倍，带宽自然更宽，适配多频段场景。
2. 能抵消偶次谐波——输入的基波信号被分成180°反相，产生的二次谐波（2f₀）会被分成360°反相（相当于相位完全相反），两路信号合在一起时，偶次谐波就互相抵消了，杂散更少。
3、Doherty架构
如果输入的射频信号很复杂，峰均比（PAR）很高（比如蜂窝通信里常见8~12dB的峰均比），Doherty功放就是最优选择，能兼顾线性和高效率。
它是把两类功放搭配用：核心是AB类载波功放，再配一个C类峰值功放；分工很明确——载波功放负责放大信号的低电平部分（大部分时间都在工作），峰值功放只在信号出现高峰值时才启动干活。
Doherty的信号处理流程也很清晰：
（1）先通过正交耦合器，把输入信号分成两路，两路信号相位差90°。
（2）只要载波功放和峰值功放的反射系数，幅度、相位都差不多，产生的反射波就会被耦合器隔离端的负载吸收，不会干扰主信号。
（3）两路功放输出的信号原本差90°相位，要给峰值功放加一段四分之一波长传输线，让两路信号相位对齐后再合成；合成后两路并联，阻抗会变成Z₀/2，再通过四分之一波长变压器把阻抗升到标准Z₀。
（4）工作时要注意：四分之一波长合成器没有隔离功能，一个功放的负载变化会主动牵引另一个功放的负载（也就是负载牵引效应），这是它的核心工作特性。
Doherty功放的核心优势，看下面的效率随驱动功率变化曲线（下图所示）就能一眼看明白。
曲线左边那段平直的效率线，是AB类载波功放工作到饱和状态时实现的——低驱动电平下载波功放单独干活，效率能稳稳保持住，不会掉。
曲线右边那段向上倾斜的效率线，是C类峰值功放开始启动工作才有的：峰值功放只在信号电平高的时候开机，补上高PAR通信信号需要的那部分额外峰值功率，效率也跟着往上走。
正是这种“低电平保效率、高峰值提效率”的特性，让Dherty功放能一直保持高效率，这也是它能在蜂窝通信领域彻底站稳脚跟、成主流架构的根本原因。
五、输出功率回退比该怎么选
要平衡线性度和效率，最关键的一招就是给常规AB类功放选对工作回退电平——说白了就是调功放实际工作功率比峰值功率低多少，这是实打实的取舍，调对了才能兼顾两头。
除了A类功放之外，不管哪类功放，工作点越接近饱和区，效率就越高，但线性度肯定越差；反过来讲，功率回退得越多（工作点离饱和区越远），线性度就越好，但效率会被压得很低，没法兼顾。
如果你的场景要求功放必须全程工作在线性区（比如基站通信，信号不能失真、杂散不能超标），那功放实际工作功率就得比饱和功率低一大截。
这么做是为了留足余量：就算输入功率稍微波动变大，功放也还在线性区里干活，不会一不小心掉进非线性的饱和区，导致信号失真、指标超标。
功放实际工作功率比饱和功率（或者1dB压缩点P1dB功率）低的这部分，就叫输出功率回退，基站功放里一般回退6~12dB，刚好适配高PAR信号需求。
最后总结一下：
说到底，射频功放设计工程师要平衡功放的线性度、成本和效率，有一大堆设计取舍可以做，靠这些取舍就能针对性调整这几项性能。想把功放性能做到最优，核心路子就三条：要么靠建模仿真验证，要么做负载牵引分析，要么搭实际电路测试评估，多试几种方案才能找到最合适的搭配。现在很多射频功率器件厂商，都会配套不同层级的这三类评估工具，帮工程师把线性度和效率调到理想的平衡状态。
