同樣困難的是，多數(shù)RF放大器都是開路的，這就意味著它們很容易出現(xiàn)電源抑制和輸出飽和問題。由于RF放大器在接近晶體管高限的頻率下工作，實際操作中無法使其成為高增益運算放大器。在這點上，RF放大器設計師仍需要面對幾十年前電子管設備設計師所遇到的所有困難。

　　放大器設計師除了要面對線性問題外，還需要面對其他會影響線性的因素，這使RF放大器設計變得更為困難。例如，放大器在加電和發(fā)熱工作狀況下會產生記憶效應，從而引入隨時間或數(shù)據(jù)而變的非線性。電子記憶效應類似于老式吉他電子管放大器中的記憶效應。這類老式放大器配有廉價的電源系統(tǒng)，通常為開路線性電源，在電子管整流線路上裝一個電容。高音量的重力和弦會強烈激勵輸出級，并在電容放電后將電源電壓拉下來。大負載過去后，線路會給電容充電使其電壓恢復，但該過程要耗費幾十毫秒的時間。電源電壓的下降會改變吉他放大器輸出晶體管的偏置，引起不同的“數(shù)據(jù)相關”非線性。非線性程度取決于先前信號的情況。RF功率放大器也容易發(fā)生類似現(xiàn)象。有些數(shù)據(jù)序列中可能需要采用可以很強地激勵放大器的符號。這種情況會影響到電源和放大器偏置，并產生時間相關的非線性。此非線性隨RF載波調制情況而變。

　　除了這樣的電子記憶效應外，放大器設計師還必須處理熱記憶效應。熱晶體管和冷晶體管的傳遞函數(shù)是不同的，這就會給系統(tǒng)引入時間相關的非線性。如果環(huán)境溫度較高或是數(shù)據(jù)流使輸出級溫度升高，晶體管表現(xiàn)出的非線性特性將與低溫時的有所不同。隨著RF功率放大器中集成了更多的CMOS芯片，發(fā)熱引起的問題變得更為嚴重。

圖4，晶體管放大器固有非線性（a），削波失真（b）和電子記憶效應（c）及熱記憶效應（d）所導致的RF功率放大器非線性。

　　圖4 顯示了RF功率級的非線性情況。晶體管非線性問題的核心在于晶體管電流-電壓傳遞函數(shù)為一對數(shù)曲線，而不是直線。下一個問題是如何解決晶體管輸出電壓接近電源電平時的飽和問題。

　　提高線性的方法

　　RF設計師不能僅僅將放大器輸出擺幅限制在較小范圍內，而犧牲效率性能。他們可以采用反饋、前饋和預失真手段來保持效率，以延長電池壽命和節(jié)省功耗。反饋措施適用于要求高線性、窄帶寬和中等效率的設計。前饋操作可用于要求高線性、但帶寬比較寬且對效率要求不高的設計。預失真可用于中等線性和帶寬要求的設計，但可以實現(xiàn)高效率。由于RF功率放大器工作頻率是如此之高，采用常規(guī)的反饋措施并不實用。在此情況下，“反饋”一詞通常指笛卡兒（Cartesian）反饋。在該種反饋中，電路將RF輸出重新變換回基帶，得到I（相位）和Q（幅值）信號，并將這些信號送回到輸入級。這個系統(tǒng)可以達到高線性，但前提是不會過度激勵輸出級。它的效率會比所預想的要低。由于反饋放大器容易振蕩，所以該方法不能用于寬帶放大器。

　　為了使線性和帶寬都達到可接受的水平，RF設計師采取了預失真方法：進行調制的I和Q信號可以補償確定性的系統(tǒng)非線性因素的影響。由于數(shù)字系統(tǒng)還可以采用復雜的算法預測熱記憶效應和電子記憶效應，這樣的結構還可在出現(xiàn)此類問題時保持線性。注意這里仍然涉及到RF信號路徑上各元件的固有線性問題。在數(shù)字域的校正是有一定限度的。信號路徑越接近理想情況，數(shù)字系統(tǒng)設計師就越容易提供準確的預失真信號。

　　Linear Technology公司高頻產品市場經(jīng)理James Wong認為，對于系統(tǒng)元件的固有線性，設計師始終是很清楚的。“與被動上變頻器后接一個放大器的方案相比，主動上變頻器具有內建放大功能，較低的噪聲、較好的線性和優(yōu)越的隔離性能，這使它的動態(tài)范圍非常出色。”他說，“這種方案大大降低了數(shù)字設計師……提供信號預失真的難度。”他指出，現(xiàn)代基站也使用笛卡兒反饋。電路將信號下變頻并獲得輸出信號I和Q分量，然后將其送回給DSP核心。這一方法使系統(tǒng)可以采取有實時笛卡兒反饋的復雜算法，并可根據(jù)信號鏈使用的元件采取預失真措施（圖5）。

圖5，根據(jù)基站所用部件情況采取數(shù)字預失真措施的手機基站。通過笛卡兒反饋，還可以采用動態(tài)算法，該算法有助于補償記憶效應和其他非線性因素的影響。

圖6，Doherty RF放大器采用了一個輔助放大器來改變主放大器的負載阻抗，可達到更高的效率。此方法使主放大器能連續(xù)地輸出大擺幅信號，使放大器功耗降低。如果輔助放大器降低主放大器負載阻抗，則主放大器輸出較高功率。

圖7，在此電路中，相同的信號通過電阻兩端，上放大器表觀負載為無限大。兩個放大器以相同幅值驅動電阻兩端，因此兩個放大器都不會給電阻輸出電流或功率。如果各放大器信號相位差180°，則各放大器的特性電阻值為電阻阻值的兩倍大小。Doherty放大器利用此原理來改變輸出并維持高效率。

　　但是，硬件設計師不是必須得采用數(shù)字預失真措施才能提高線性。硬件也可以起到改善線性和效率的作用；元件固有線性越好，數(shù)字系統(tǒng)的校正量就越小。設計師可能會考慮采用Doherty放大器。該放大器是貝爾實驗室William H Doherty于1936年發(fā)明的（圖6和參考文獻1）。該種放大器有兩個RF路徑。RF信號不是僅僅在低功率級和高功率級之間來回傳送。RF放大器中輸出電壓擺幅應接近電源電平。Doherty放大器用輔助放大器來改變主放大器的特性輸出阻抗。如果輔助放大器在傳輸線的另一端產生相同的信號，則向傳輸線輸出信號的放大器的輸出阻抗會變?yōu)闊o窮大（圖7）。由于傳輸線兩端為等電勢，所以沒有電流流過，通過線路的功率為零。如果不激勵輔助放大器，則主放大器表觀輸出阻抗為傳輸線路的特征阻抗。根據(jù)此原理，更進一步說，如果激勵輔助放大器使其相位與主放大器相位差180°，則會差分驅動傳輸線右側，主放大器的特性阻抗為傳輸線阻抗的一半，使傳輸?shù)墓β试龃?。主放大器輸出總是接近輸出電平。如果設計師希望發(fā)送功率低一些，則輔助放大器可以增加主放大器的特性輸出阻抗，使放大器在接近輸出電平的電壓擺幅下輸出較小的電流，從而輸出較低的功率。