[发明专利]高效功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及电子通信技术领域，特别涉及一种高效功率放大器。

背景技术

射频和微波功率放大器(以下简称：功放)在通信系统中用来放大携带信息的射频和微波调制信号。为了提高频谱利用效率，很多制式的调制信号同时携带相位和幅度信息，例如码分多址(Code-Division Multiple Access，简称：CDMA)技术、正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，简称：OFDM)技术等等。此类信号的信息调制在幅度与相位两个维度上，要用线性放大器来放大，以保证在幅度、相位上产生较小的失真，但是由于功放固有的非线性，一定会带来一定程度上幅度、相位的失真。解决这个问题的一个方法是使功放工作在A类或AB类放大器的准线性状态，通过采用功率较大的放大器件输出较小的功率，即功率回退的方法来减小功放本身带来的信号传输上的幅度、相位的失真，保证其线性度，使之符合协议中对频谱模板和邻道泄漏比的要求。但是，这样的话会导致功放效率的降低及功耗的增加，而功耗的增加，就需要大体积的散热器和风扇等散热设备，产品很难小型化，系统成本增加，并且可靠性会显著降低。所以目前出现了多种线性化技术，通过这些线性化技术来消除功放本身的非线性，从而使功放的回退量降低，提高功放的效率。随着数字信号处理技术的发展，当前较多采用的方案是：用非线性较强的高效率功放，如C/D/E/F类功放，并应用在这类功放前增加一个非线性电路来补偿功放的非线性失真的预失真线性化技术，尽可能在保证功放线性输出的情况下提高功放效率。预失真线性化技术的优点在于：不存在稳定性问题，有更宽的信号频带，能够处理含多载波的信号，且成本低。

预失真分为射频预失真和数字预失真(Digital Pre-distortion，以下简称：DPD)两种基本类型，射频预失真一般采用模拟电路来实现，具有电路结构简单、成本低、易于高频、宽带应用等优点，缺点使频谱再生分量改善较少、高阶频谱分量抵消较困难。DPD由于工作频率低，可以用数字电路实现，适应性强，而且可以通过增加采样频率和增大量化阶数的办法来抵消高阶互调失真，是一种很有发展前途的方法。DPD包括查表法、多项式法、神经网络法等多种预失真方法，其中查表法的实现相对简单，算法也比较灵活，是DPD技术使用较多的方法。

非线性较强的高效率功放加DPD技术来实现信号幅度、相位的线性放大主要包括：多赫蒂(Doherty)功放与DPD结合、包络跟踪(Envelope Tracking，简称：ET)功放与DPD结合、包络消除与恢复(Envelope Elimination andRestoration，简称：EER)功放与DPD结合等，这类技术一般应用在末级即最大功放上，提高末级效率，而驱动级通常还是采用功率回退的A或AB类功放。

如图1所示，为现有功率放大器线性化技术结构示意图，包括：采用较小功率输出的AB类功放的驱动放大器101，以保证提供给末级的驱动信号的线性输出，末级采用ET或EER功放作为末级功放102，ET/EER功放非常适合高效率的放大较大峰均比的非恒包络信号，峰均比为一定时间间隔内信号峰值功率与平均功率之比。ET或EER功放除了包括作为末级功放102的高效率开关放大器，还包括有携带幅度调制信号的VDD放大器103为末级功放提供电源，VDD放大器103根据输入末级功放102中信号的包络的变化，为末级功放102提供变化的VDD电压，大的包络信号采用高VDD电压，小的包络信号采用低VDD电压，这样在放大较小包络信号时节省了功耗，功放始终工作在高效率状态。为提高效率末级功放会工作在开关状态或者饱和状态，这样会带来强烈的非线性效应，导致输出的包络中携带的信号幅度、相位信息的失真，所以采用了DPD线性化技术对末级功放102输出的信号进行校准。从末级功放102的输出中耦合出一部分失真的信号通过下变频器104进行下变频(把特定的频率经过变频器变换成比较低的频率，以利于解调出载有的信息)，再通过A/D转换器105转换成数字信号后发送到DPD校正模块106进行分析，对提取出的信号的幅度、相位进行预失真处理，产生可以补偿末级功放102输出的失真信号的信号，然后再通过D/A转换器107和上变频器108进行变频(变换成更高的适合发射或传输的频率)，最后再送回末级功放102，输出线性满足要求的放大信号。