随着移动通信技术的飞速发展，特别是LTE网络的深度覆盖和容量提升需求，微蜂窝基站和有源天线系统（AAS）正成为网络部署的关键。这类设备对内部射频功放模块提出了严苛的要求：必须在紧凑的空间内实现高输出功率、高效率和优异的线性度。传统的硅基LDMOS或GaAs功放在此场景下面临挑战，而氮化镓（GaN）技术与Doherty架构的结合，为这一难题提供了理想的解决方案。
GaN技术的优势
氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）凭借其宽禁带特性，具有高击穿电场、高电子饱和速度和高功率密度等先天优势。与LDMOS相比，GaN器件能在更高的工作电压（通常28V至50V）下工作，从而在相同输出功率等级下，显著降低电流需求，简化供电设计。其更高的功率密度意味着实现相同功率所需的芯片面积更小，这对于空间受限的微蜂窝和设备内部集成度极高的有源天线系统至关重要。GaN器件的高频特性优异，能轻松覆盖LTE及未来5G NR的Sub-6GHz频段。
Doherty放大器原理与效率提升
Doherty放大器是一种经典的效率增强型架构，尤其适合处理高峰均功率比（PAPR）的现代调制信号（如LTE中的OFDM）。其核心由一个载波放大器（主路）和一个峰值放大器（辅路）通过四分之一波长阻抗变换网络合成输出。在低功率区域，仅载波放大器工作，运行在高效率的B类或AB类状态；当输入功率增大至设计拐点时，峰值放大器开始导通并参与功率合成，共同驱动负载阻抗变化，使得载波放大器在进入饱和区后仍能维持较高的效率。这种“动态负载调制”机制，使得Doherty放大器在6-10dB的回退功率范围内，仍能保持远高于传统AB类放大器的平均效率，从而大幅降低基站能耗和散热负担。
小型化与集成化设计挑战与突破
将高性能GaN Doherty放大器应用于微蜂窝和AAS，核心挑战在于如何在保持高效率和高线性的实现极致的微型化。这涉及到多方面创新：
- 芯片级集成：采用单片微波集成电路（MMIC）技术，将GaN HEMT器件、输入输出匹配网络、功率分配/合成网络乃至偏置电路集成在同一颗GaN-on-SiC或GaN-on-Si芯片上。这最大限度地减少了外部元件数量和互连寄生效应，提升了性能一致性与可靠性，同时大幅缩小了整体尺寸。
- 紧凑型功率合成：传统Doherty放大器中的四分之一波长微带线尺寸较大，尤其在低频段。现代设计采用集总参数LC网络、耦合线结构、变压器巴伦乃至基于封装内互连的合成方案来替代，有效压缩了电路物理尺寸。有源负载调制等新型拓扑也在探索中，以进一步简化架构。
- 先进封装与散热：为了适应紧凑的模块空间，采用高热导率的封装材料（如金属陶瓷、包覆成型）和嵌入式散热结构至关重要。多芯片模块（MCP）或系统级封装（SiP）技术可以将GaN MMIC、驱动芯片、控制电路和滤波元件集成在一个封装内，形成一个完整的“射频前端模块”，极大地方便了系统集成。
- 数字预失真（DPD）协同：GaN Doherty放大器的非线性特性需要先进的线性化技术来补偿。现代方案将高效率的模拟Doherty内核与低功耗、小尺寸的数字预失真（DPD）处理器紧密结合。通过片上集成或紧耦合，DPD算法实时校正放大器的非线性失真和记忆效应，确保其能满足LTE严苛的ACPR（邻道泄漏比）和EVM（误差矢量幅度）指标，从而在提升效率的同时不牺牲信号质量。
应用前景与
小型高效GaN Doherty功率放大器，正是迎合了5G时代网络架构深度化、密集化和智能化的发展趋势。在LTE微蜂窝补盲补热、有源天线系统的大规模MIMO阵列单元中，它能够提供核心的功率放大功能，显著降低设备体积、重量、功耗和成本（SWaP-C）。随着GaN材料成本下降、工艺成熟度提高以及设计工具的创新，此类高度集成的功放模块将变得更加普及和经济。
随着技术演进，支持更宽瞬时带宽、更高频率和更复杂波形的GaN Doherty MMIC将继续发展，并与异构集成技术结合，成为构建下一代绿色、高性能无线基础设施不可或缺的基石。其价值不仅在于单点性能的提升，更在于推动整个无线接入网络向更高能效、更灵活部署的方向迈进。
