隨著移動通信技術的飛速發展，特別是LTE網絡的深度覆蓋和容量提升需求，微蜂窩基站和有源天線系統（AAS）正成為網絡部署的關鍵。這類設備對內部射頻功放模塊提出了嚴苛的要求：必須在緊湊的空間內實現高輸出功率、高效率和優異的線性度。傳統的硅基LDMOS或GaAs功放在此場景下面臨挑戰，而氮化鎵（GaN）技術與Doherty架構的結合，為這一難題提供了理想的解決方案。
GaN技術的優勢
氮化鎵高電子遷移率晶體管（GaN HEMT）憑借其寬禁帶特性，具有高擊穿電場、高電子飽和速度和高功率密度等先天優勢。與LDMOS相比，GaN器件能在更高的工作電壓（通常28V至50V）下工作，從而在相同輸出功率等級下，顯著降低電流需求，簡化供電設計。其更高的功率密度意味著實現相同功率所需的芯片面積更小，這對于空間受限的微蜂窩和設備內部集成度極高的有源天線系統至關重要。GaN器件的高頻特性優異，能輕松覆蓋LTE及未來5G NR的Sub-6GHz頻段。
Doherty放大器原理與效率提升
Doherty放大器是一種經典的效率增強型架構，尤其適合處理高峰均功率比（PAPR）的現代調制信號（如LTE中的OFDM）。其核心由一個載波放大器（主路）和一個峰值放大器（輔路）通過四分之一波長阻抗變換網絡合成輸出。在低功率區域，僅載波放大器工作，運行在高效率的B類或AB類狀態；當輸入功率增大至設計拐點時，峰值放大器開始導通并參與功率合成，共同驅動負載阻抗變化，使得載波放大器在進入飽和區后仍能維持較高的效率。這種“動態負載調制”機制，使得Doherty放大器在6-10dB的回退功率范圍內，仍能保持遠高于傳統AB類放大器的平均效率，從而大幅降低基站能耗和散熱負擔。
小型化與集成化設計挑戰與突破
將高性能GaN Doherty放大器應用于微蜂窩和AAS，核心挑戰在于如何在保持高效率和高線性的實現極致的微型化。這涉及到多方面創新：
- 芯片級集成：采用單片微波集成電路（MMIC）技術，將GaN HEMT器件、輸入輸出匹配網絡、功率分配/合成網絡乃至偏置電路集成在同一顆GaN-on-SiC或GaN-on-Si芯片上。這最大限度地減少了外部元件數量和互連寄生效應，提升了性能一致性與可靠性，同時大幅縮小了整體尺寸。
- 緊湊型功率合成：傳統Doherty放大器中的四分之一波長微帶線尺寸較大，尤其在低頻段。現代設計采用集總參數LC網絡、耦合線結構、變壓器巴倫乃至基于封裝內互連的合成方案來替代，有效壓縮了電路物理尺寸。有源負載調制等新型拓撲也在探索中，以進一步簡化架構。
- 先進封裝與散熱：為了適應緊湊的模塊空間，采用高熱導率的封裝材料（如金屬陶瓷、包覆成型）和嵌入式散熱結構至關重要。多芯片模塊（MCP）或系統級封裝（SiP）技術可以將GaN MMIC、驅動芯片、控制電路和濾波元件集成在一個封裝內，形成一個完整的“射頻前端模塊”，極大地方便了系統集成。
- 數字預失真（DPD）協同：GaN Doherty放大器的非線性特性需要先進的線性化技術來補償。現代方案將高效率的模擬Doherty內核與低功耗、小尺寸的數字預失真（DPD）處理器緊密結合。通過片上集成或緊耦合，DPD算法實時校正放大器的非線性失真和記憶效應，確保其能滿足LTE嚴苛的ACPR（鄰道泄漏比）和EVM（誤差矢量幅度）指標，從而在提升效率的同時不犧牲信號質量。
應用前景與
小型高效GaN Doherty功率放大器，正是迎合了5G時代網絡架構深度化、密集化和智能化的發展趨勢。在LTE微蜂窩補盲補熱、有源天線系統的大規模MIMO陣列單元中，它能夠提供核心的功率放大功能，顯著降低設備體積、重量、功耗和成本（SWaP-C）。隨著GaN材料成本下降、工藝成熟度提高以及設計工具的創新，此類高度集成的功放模塊將變得更加普及和經濟。
隨著技術演進，支持更寬瞬時帶寬、更高頻率和更復雜波形的GaN Doherty MMIC將繼續發展，并與異構集成技術結合，成為構建下一代綠色、高性能無線基礎設施不可或缺的基石。其價值不僅在于單點性能的提升，更在于推動整個無線接入網絡向更高能效、更靈活部署的方向邁進。
