[发明专利]使用可变带宽包络调制器的包络消除和恢复发射机结构和方法

说明书

技术领域

本发明的实施例一般地涉及射频(RF)发射机，诸如蜂窝移动台的极性RF发射机(polar RF transmitter)，该极性RF发射机体现为包络消除和恢复(EER)RF发射机，其中符号用相位和振幅分量表示而不是用复数的同相/正交相位(I/Q)分量表示，本发明的实施例还涉及多模式和多频带极性RF发射机。

背景技术

图1A为示出包括振幅调制(AM)链和相位调制(PM)链的包络恢复(ER)发射机(TX)1的体系结构的简化方框图。需发送的比特被输入至比特-极性转换器2，比特-极性转换器2将振幅信号经传播延迟(PD)3输出到振幅调制器(AM)4。AM 4(在数字模拟转换后）通过使用可控电源5提供用于控制TX功率放大器(PA)6的输出电平的信号。比特-极性转换器2还将相位信号经传播延迟3输出到频率调制器(FM)7，频率调制器7接着将信号经锁相环(PLL)8输出到PA6的输入端。因此，通过同时使用相位和振幅分量生成在天线9处发射的信号。与许多传统技术相比较，使用这种ER发射机体系结构可以获得的好处包括体积小和效率高。

不断发展的诸如被称为增强数据速率GSM演进(EDGE)和宽带码分多址(WCDMA)之类的数字蜂窝系统使用非恒定包络的调制技术。这使得使用具有线性功率放大器(PA)的传统发射机体系结构效率低，因此，近来对具有饱和或开关模式的PA的发射机体系结构越来越感兴趣。

一种这样途径是将高效率但非线性的RF PA与高效率的包络放大器组合在一起的Kahn包络消除和恢复(EER)技术。举例来讲，可以一般地参考Leonard R.Kahn的美国专利No.4,688，255(08/18/1987)“Compatible AM Broadcast/Data Transmission System”。

如作为图1A的简化图的图1B所示，在Kahn的EER发射机1内，由发射机调制器2将RF信号分为PM和AM信号。PM信号由饱和PA6直接放大，而PA 6的电源电压Vccrf由AM信号通过供给有电池电压Vbatt的振幅调制器5来调制。对PA6的电源电压的调制具有对所发射的PM载波信号进行振幅调制的作用。

Kahn EER发射机1的效率由振幅调制器5和PA6的性能限定。饱和或开关模式的PA6的效率在峰值包络功率(PEP)处可以大于70％，而在退回状态(back-off condition)期间还可以保持高效率。实现振幅调制器5的若干可能途径中最简单的是线性调整器(例如，PNP型晶体管)，线性调整器还提供了最宽的带宽。然而，线性调整器在低包络电压处效率低，会降低系统性能。

从效率来看，S级(class S)调制器(与快速直流-直流转换器类似)更为合适，虽然复杂了一些。S级调制器5的效率可以高于90％，但这个数值在高时钟频率时有所减小。

作为对用本发明的实施例所解决的问题的介绍，图2示出了向开关模式的功率放大器12供电的S级调制器10的简化方框图。S级调制器10包括由驱动器10A和(固定频率)脉宽调制器(PWM)10B驱动的晶体管Q1和Q2。S级调制器10起着双极开关的作用，以产生开关频率是输出信号的频率若干倍(通常为5到7倍)的矩形波形。

有关具有Kahn EER发射机的S级调制器的使用可以一般地参考题为“RF和微波功率放大器和发射机技术，第三部分(RF andMicrowave Power Amplifier and Transmitter Techonlogies-Part3）”的出版物的40和42页，2003年9月的High FrequencyElectronics的第34-48页。也可以参考Buer等人的美国专利No.6,049,707(04/11/2000)“Broadband Multi carrier AmplifierSystem and Method Using Envelope Elimination and Restoration”。

低通滤波器10c的组件L1、C1的选择是在让所希望的包络通过与不让PWM过程固有的寄生分量通过之间的折衷。在使用具有不同调制的系统(例如GSM/EDGE)的相同配置时，带宽由具有最宽的AM带宽的调制限定。这导致对于窄频带调制的非最优解决方案，这是因为可能通过降低时钟脉冲频率和减小低通滤波器10c的带宽来提高效率。