傳統的Doherty 功放的輸出合路采用的是分叉形式的合路器,如圖1 的虛線框內。
圖1. 標準的Doherty 功放
這個電路的S參數矩陣是
Doherty 功放的輸出合路器還可以有另外一種形式,那就是用3dB電橋來做,如圖2。
圖2. 采用3dB混合電橋作Doherty功放的輸出合路器
3dB電橋的S參數矩陣是
[b]表示反射波,[a]表示入射波
當我們把隔離口開路時,b4=a4,代入到上式,并消去b4、a4,得到:
得到一個3端口網絡,這個3端口網絡的S參數矩陣為
和(1)式比較,僅涉及3 端口的參數的相位有差異,如果我們把后一電路的3 端口前加上90°相移,則這個電路的S 參數和前一電路完全相同,也為(1)式。如圖3,兩個電路是等效的。
圖3. 這兩個電路有著相同的S參數
由于3 口合路輸出口是接50Ω負載,所以3口上的50Ω微帶對功放除了相位延遲外不產生其他影響。
如果我們把4 口走一段微帶再開路,那么會是什么情形呢。我們可以把1、2 端口的反射看著從4 口反射回1、2 口的,4 口增加的微帶增加了反射路徑,一段路徑可以移到1、2 端口上。于是,下面兩個電路是等效的,可以驗證他們的S參數矩陣是一樣的。
圖4. 這兩個電路有著相同的S參數
就是說我們調整4 口反射線的長度就相當于調整合路器前的微帶長度,而4 口還可以短路(相當于增加λ/4 長度的開路線)或用電容來調整,不同的容量可以等效不同的微帶長度。由于Doherty 功放需要仔細調整分叉合路器前的微帶長度,而采用這種結構只需改變隔離口的電抗就可以了,所以采用混合電橋輸出合路的Doherty 功放調整更方便。變換關系如圖5:
圖5. 逐步變換
我最初發現這個等效關系是在M 公司工作時,有一個電路(非Doherty 功放方面的應用)老美是用3dB 電橋實現的,而我是用分叉合路器實現的,當時想這兩個電路間是否有什么內在聯系,于是把S 參數表達式寫出來研究了下,發現有這種等效關系。不過后來發現這個電路早已有人申請專利了。
對于目前常使用的非對等Doherty 功放,也同樣可以用混合耦合器來實現。比如峰路功放和主路功放功率比2:1,可以用2:1 的分叉合路器輸出,也可以用 4.7dB 的混合電橋耦合器做的合路電路來實現。