1. 课程导入

1.1 学习目标：从原理认知到工程落地的能力构建

本课程的学习目标并非仅仅停留在“看懂Doherty架构示意图”的层面，而是致力于培养学员在真实工程约束下独立完成Doherty功放设计、仿真、调试与优化的综合能力。课程结束后，学员应能够：第一，深刻理解Doherty功放的核心工作原理——有源负载调制机制，能够定量分析载波放大器与峰值放大器在不同功率回退点上的阻抗变换关系；第二，掌握基于GaN、LDMOS、GaAs等不同工艺器件的Doherty设计流程，包括静态工作点选择、输出匹配网络综合、相位补偿网络设计以及合路节点阻抗规划；第三，熟练运用ADS、Cadence AWR或HFSS等专业工具进行电路级与电磁级协同仿真，并能够解读仿真结果中的效率、增益、回退特性等关键指标；第四，具备针对5G NR信号（如100MHz带宽、PAPR 8-10dB）进行Doherty功放线性化协同设计的能力，理解DPD（数字预失真）对Doherty架构的依赖与约束；第五，建立从单管设计到整机集成的系统观，能够处理散热、驻波、稳定性、良率等工程化问题。

1.2 课程结构：30章渐进式实战体系

本课程共分为六大模块、30个章节，每个章节均围绕一个核心工程主题展开，章节之间既有逻辑递进关系，又保持相对独立，便于学员按需查阅。课程结构设计遵循“从物理本质到系统应用”的认知规律，确保学员在每个阶段都能建立清晰的知识锚点。

课程特别强调“每个章节解决一个真实问题”。例如，第7章专门讲解“载波放大器输出匹配网络设计”，不仅给出公式推导，还提供三种不同拓扑（L型、π型、T型）的对比仿真数据，并附上常见匹配网络失效模式分析。第15章则聚焦“毫米波Doherty的片上实现”，讨论在60GHz频段下如何利用变压器耦合替代传统1/4波长线，实现紧凑的负载调制网络。

1.3 Doherty功放在现代通信系统中的战略地位

现代无线通信系统对射频功放提出了极为苛刻的要求：既要支持高峰均比信号（如5G NR的OFDM波形，PAPR通常为8-12dB），又要保证整机功耗在可控范围内。传统AB类功放在峰值功率点效率可达50%-60%，但当输出功率回退6dB时，效率会骤降至15%-20%。这意味着基站功放在绝大多数工作时间内（信号幅度处于统计平均区域）都工作在低效区间，造成巨大的电能浪费和散热压力。

Doherty架构通过引入一个有源负载调制机制，巧妙地解决了这一矛盾。其核心思想是：使用一个“载波放大器”（Carrier PA）负责低功率区域的放大，同时配置一个“峰值放大器”（Peak PA）在高功率区域自动介入，通过电流注入改变载波放大器的等效负载阻抗，使载波放大器在功率回退区依然保持接近饱和的高效率工作状态。这种架构不需要复杂的电源调制电路，仅依靠无源合路网络和两个放大器的协同工作即可实现，因此成为基站功放的首选方案。

1.3.1 5G/6G宏基站：Doherty的主战场

5G宏基站通常要求单通道输出功率为80W-240W（饱和功率），信号带宽100MHz-400MHz，PAPR高达9-12dB。目前商用5G基站功放几乎全部采用基于GaN HEMT器件的Doherty架构。例如，华为、爱立信、诺基亚的Massive MIMO AAU中，每个通道均集成一颗或多颗Doherty功放模块。在3.5GHz频段，典型的Doherty设计采用两路GaN管（载波管和峰值管各一），通过3dB正交混合合路器或直接合路方式实现负载调制。值得注意的是，随着频段向6GHz以上扩展，传统集总参数合路网络面临Q值下降、损耗增大等问题，因此近年来出现了基于SIW（基片集成波导）和毫米波变压器的新型Doherty实现方案。

1.3.2 小基站与室内覆盖：高效率与小型化的平衡

小基站（Small Cell）输出功率通常为1W-20W，对功放的体积和成本极为敏感。Doherty架构在小基站中的应用需要解决低功耗下的静态电流优化问题。由于小基站平均输出功率较低，峰值放大器在大部分时间内处于关断状态，其输出电容对载波放大器的影响必须通过精心设计的补偿网络来消除。目前业界已有将Doherty功放与DPD算法集成在单芯片中的方案，例如Qorvo的QPA4501，在4W平均功率下可实现28%的整机效率。

1.3.3 卫星通信与相控阵雷达：高线性与高效率的折中

卫星通信地面站和相控阵雷达对功放的线性度要求极高，通常需要支持高阶QAM调制（如64QAM、256QAM）。Doherty功放虽然效率优势明显，但其AM-AM和AM-PM失真特性较AB类更为复杂，必须配合高性能DPD才能满足EVM和ACPR指标。在相控阵系统中，每个T/R组件中的功放都采用Doherty架构，但受限于阵元间距（通常为半波长），功放尺寸必须极小。这推动了基于GaN MMIC工艺的Doherty功放发展，例如在X波段（8-12GHz）已实现单芯片集成两路放大器和合路网络，输出功率10W，效率35%以上。

1.4 案例拆解：5G宏基站Doherty功放模块的指标分解

为了帮助学员建立从系统指标到功放设计的映射思维，我们以一个典型的5G 3.5GHz宏基站功放模块为例，进行指标分解和设计约束分析。

系统背景：某运营商5G宏基站，单通道发射功率要求为200W（53dBm）饱和功率，信号为100MHz带宽的5G NR，PAPR为9.5dB，EVM要求≤3%，ACPR要求≤-45dBc（第一邻道）。基站采用64通道Massive MIMO架构，每通道功放平均输出功率约3.1W（35dBm），但考虑到波束赋形增益和功率回退，每通道功放饱和功率需达到15W（41.8dBm）左右。

功放指标分解：

• 饱和输出功率：≥41.8dBm（考虑合路损耗和输出匹配损耗后，单管需提供43dBm以上）
• 回退效率：在9.5dB回退点（即平均功率32.3dBm）效率≥35%
• 增益：≥14dB（驱动级输出约28dBm）
• 工作电压：28V或48V（GaN器件典型值）
• 带宽：3.4-3.6GHz（200MHz瞬时带宽）

设计选择：采用非对称Doherty架构，载波管与峰值管功率比1:1.5，选用Wolfspeed CGH40045F（45W GaN管）作为载波管，CGH40090F（90W GaN管）作为峰值管。合路网络采用微带线1/4波长阻抗逆变器，特征阻抗50Ω，在3.5GHz中心频率实现。相位补偿网络采用微带线+集总电容混合形式，确保两路放大器在饱和点相位差小于5°。

仿真与实测结果：在ADS中完成电路仿真后，实际流片测试结果为：饱和功率43.2dBm，9.5dB回退点效率37.5%，增益15.2dB，ACPR在DPD开启后达到-48dBc。与仿真结果相比，效率偏差约1.5个百分点，主要原因是合路网络的实际插入损耗比仿真模型高0.2dB。

1.5 常见误区与学习建议

在多年Doherty功放教学和工程实践中，我们发现学员和初级工程师经常陷入以下认知误区，需要在本课程学习之初就加以纠正。

学习建议：本课程建议学员按照“每周2-3章”的节奏推进，每完成一个模块后，利用配套的ADS工程文件进行仿真复现。对于在职工程师，可以优先学习与当前项目直接相关的章节（如第7章匹配设计、第13章PCB布局），再回头补充理论基础。课程中所有仿真案例均提供初始设计参数和优化目标，学员应尝试独立调整参数并观察性能变化，这是建立工程直觉的最佳途径。