[發明專利]具有負載補償的高效率線性功率放大器

有效

• 申請號: 200680054908.4
• 申請日: 2006-06-09
• 公開（公告）號: CN101461132A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發明（設計）人: T·利喬恩
• 申請（專利權）人: 艾利森電話股份有限公司
• 主分類號: H03F1/02
• 分類號: H03F1/02;H04B1/04;H03F3/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王 岳;王忠忠

技術領域

本發明總的涉及功率放大器和放大方法，更具體地，涉及高效率功率放大器。

背景技術

功率放大器(PA)被使用于各種各樣的通信和其它電子應用。功率放大器設計的主要考慮是它的效率。通常希望線性功率放大器以高度有效的方式放大射頻(RF)信號。高效率通常是想要的，以便減小便攜式設備中電池消耗和被耗散為熱量的功率量。線性度通常也是想要的，以使得例如放大的信號不包含失真和不擴展到鄰近的頻譜，在其中它會造成對于正在進行的通信的干擾。

然而，在最大效率與高線性度之間要有折衷。具體地，效率通常與輸入驅動電平成比例，而高效率通常直到放大器接近它的最大輸出功率時才達到，這時線性度被大大地惡化。而且，在功率放大器被具有可變幅度的輸入信號驅動的場合下，傳統的AB類或B類功率放大器，例如，必須典型地工作在或接近于大大地低于它的飽和電平的平均功率電平上，以便接納峰值輸入信號擺動。結果，效率受到損害。

傳統的線性RF功率放大器的效率隨信號幅度(包絡)而變化，導致相當低的平均效率，特別是當峰值對平均值的比值是高時。例如，對于具有10dB的峰值對平均值的比值的瑞利(Rayleigh)包絡(多載波)信號，理想的A類和B類的平均效率僅僅分別是5％和28％。已經開發了用于高效線性放大器的各種技術(例如，Kahn.Chiereix和Doherty)，但它們在帶寬或其中效率被改進的動態范圍方面受到限制。

圖1是示意地圖示具有柵極(G)、漏極(D)和源極(S)的MOSFET?AB類放大器的電路圖。放大器被提供以電源電壓V_DD，以及它在柵極G上接收輸入信號S_in。電流i_DS從漏極流到源極，取決于柵極源極電壓v_GS和漏極源極電壓v_DS。所述放大器參數，連同輸入信號S_in(t)一起，將控制被傳遞到電阻負載R_L的電流i_D，電阻負載R_L被連接到所述漏極。從所述負載傳遞的輸出功率P_out取決于i_D。

放大器電路的電壓電流特性圖示于圖2a。橫坐標表示漏極-源極電壓，縱坐標表示輸出電流。在本例中，漏極源極電壓的峰值是2V_DD，輸出電流的峰值是i_D＝V_DD/R_L，其中V_DD是電源電壓和R_L是負載的電阻。所述峰值規定具有斜率-1/R_L的負載線的兩個數值。標記為v_GS＝5下降到v_GS＝0的虛線曲線規定輸出電流i_D作為v_DS和對于v_GS的所指示的值的函數。正如本領域技術人員已知的，放大器電路可以在兩個不同的模式或區域，活動區域和飽和區域中工作。兩個區域用虛點劃線表示。當沿驅動信號，即驅動信號，所述信號的幅度擺動位于活動區域內，則放大器的響應將是線性的，即，在驅動信號的幅度與輸出信號的幅度之間的關系是線性函數。然而，在飽和區域中，所述關系不是線性的。正如熟知的，這種非線性函數具有許多嚴重缺點。

圖2b是圖示驅動信號S_in(t)，例如射頻(RF)信號，的幅度的想象的變化的圖。對于RF信號，峰值對平均值擺動可以高達7-10dB，如果擺動是高的，超過某個幅度電平A_limit，以及輸入電壓被后退(back?off)，則放大器開始在飽和下工作，以及輸出將變為非線性的。所以，希望增加動態功率范圍，在其中放大器對于全部輸入幅度擺動以改進的、最大的效率線性地工作。

發明內容

按照本發明的一個方面，上述的問題是通過改變負載值而改變傳遞到負載的功率和仍舊保持放大器處在它的線性條件而被解決的。

這個解決方案是按照本發明通過使得放大器從輸入到輸出具有幾乎線性特性和使用阻抗調諧器在每個輸入功率電平上向放大器動態地給出最佳值R_L而達到的。這使得放大器能夠在更寬的功率范圍上保持它的最佳效率。

按照本發明的方法由在獨立權利要求1中闡述的特征特性限定。

按照本發明的放大器系統由在獨立權利要求6中闡述的特征特性限定。

按照本發明的無線電終端由在獨立權利要求14中闡述的特征特性限定。