[发明专利]高功率效率的集成多赫尔蒂型放大器结构

说明书

技术领域

本发明涉及集成多赫尔蒂型(Doherty)放大器结构和用于对这种多赫尔蒂型放大器结构的输入信号进行放大的方法。

背景技术

近年来，强烈的需要改进用于无线通信的功率放大器的效率。多赫尔蒂技术的使用允许在输入功率的较宽变化范围内维持功率放大器的效率。多赫尔蒂放大器首先由W.H.Doherty在1936年提出，并且在1936年9月的Proceedings of the Institute of Radio Engineers，Vol.24，No.9的W.H.Doherty的标题为“A New High Efficiency Power AmplifierFor Modulated Waves”的技术论文中进行了讨论。最初用于低到中频调幅广播发射机，可以修改并且更新所建议的方案以增加高频功率放大器的效率。

在传统的放大器中在效率和输入驱动水平之间存在直接关系。因此，直到高频输入功率变得足够高以将放大器驱动至饱和为止，不会获得高效率。因为在多载体通信系统中放大器必须尽可能地保持线性以便避免互调失真，不能使用高效率的该范围。

通过使第一放大器(主放大器或载波放大器)操作在其中输出开始饱和并且获得最高线性效率的点，多赫尔蒂放大器方案实现了高的线性效率。此外，使用第二放大器(峰值放大器或辅助放大器)影响第一放大器，使得当将第一放大器驱动至超过该饱和点时可以维持总线性度。可以将所述多赫尔蒂放大器的操作划分为两个主要区域。在第一区域中，输入功率小于峰值放大器的阈值，并且只有载波放大器向负载提供输出功率，其中通过其操作模式来确定效率，即AB类、B类、F类或E类，所述操作模式限定了放大器的偏置工作点的位置。当输入驱动电压或功率进一步增加到刚好载波放大器变为饱和之前的水平时，即获得峰值效率的点，峰值放大器开始操作，并且该标志是第二区域的开始。通过四分之一波长转换器的连接，通过峰值放大器提供的功率有效地减小了通过载波放大器所观看的输出负载阻抗。该阻抗减小使得载波放大器能够在维持电压饱和的同时向负载递送更多功率。按照这种方式，贯穿整个区域维持了载波放大器以及因此的总多赫尔蒂放大器的最大效率，直到峰值放大器达到饱和。然而，通常是针对峰值放大器情况，尤其当在C类操作模式(其中偏置设置导电角小于180°)下使用时功率器件的可变输入阻抗导致依赖于功率水平的幅度和相位失真，这对于诸如宽带码分多址接入(WCDMA)通信系统之类的代码复用系统是非常有害的。另外，可变输入阻抗导致从操作于峰值的功率器件和主放大器的输入的功率反射，并且这导致不需要的相互影响或耦合效应。

一方面，多赫尔蒂技术要求在载体(或主要)和峰值放大器中使用类似的器件以提供最好的线性度，而另一方面，两个功率器件操作于不同的模式，例如主放大器处于AB类而峰值放大器处于C类，引起功率增益的较大差别。因此，多赫尔蒂放大器的特征包括其中增益开始下降的功率范围，并且由于操作于C类的峰值放大器具有较低的增益以及主放大器输出处的负载阻抗由于多赫尔蒂原理而下降的事实，因此引入了基于输入幅度调制的增加的输出幅度调制(即，AM-AM失真)。

多赫尔蒂放大器的另一个瓶颈是由在多赫尔蒂放大器的输入和输出处所要求的90°的线产生的，这引起有限的操作频带。

考虑到以上缺点，要求改善多赫尔蒂性能以实现峰值放大器和主放大器的输入端口之间以及共同多赫尔蒂输入与峰值放大器和主放大器各自的输入之间的电隔离。另外，施加到主放大器和峰值放大器输入的两个信号之间的宽带90°相差是理想的。

此外，因为多赫尔蒂放大器技术特别专注于宽带蜂窝通信系统，可以用作移动电话输出放大器并且可以经受住输出一侧上严重的阻抗失配(例如，1∶10的电压驻波比(VSWR))的集成方案(MMIC)是理想的。