[发明专利]复合放大器、无线终端和用于提高复合放大器效率的方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及功率放大器，具体涉及一种复合放大器、一种包括这种复合放大器的无线终端和一种用于提高这种复合放大器的效率的方法。

背景技术

在用于广播、蜂窝和卫星系统的无线发射机中通常使用的功率放大器是不可或缺的组件，其必须高效且线性，此外能够同时放大散布在相当宽的带宽上的许多无线信道(频率)或独立用户数据信道。功率放大器(如射频(RF)功率放大器)还必须高效地执行放大，以降低功率消耗并延长其寿命。由于功率放大器的非线性输入-输出信号特性常常导致在所期望的放大信号周围有展宽的频谱以及导致信号的有害带内分量(尤其是在已知对非线性效应尤其敏感的多载波电信系统(例如WCDMA)中导致较差的系统性能)，因此需要高线性度。

为了减小非线性效应，可以使用多种线性化方案。一种这样的线性化方案被称为前馈，其中，在放大器之后注入信号以抵消非理想性。另一种常用的线性化方案是在放大器的输入处对信号进行预失真(修改)，以在放大器的输出处给出无失真的放大信号。这种技术被称为预失真。

如上所述，在多载波电信系统(例如WCDMA)中使用的RF功率放大器的另一重要的关键因素是放大器效率。放大器效率必须保持较高，以减少对冷却的需要以及降低总体功率消耗，并延长功率放大器的寿命。尤其是当发送具有较大峰均功率比的信号时，传统功率放大器具有较低效率。例如，宽带信号一般具有通常远小于峰值功率(幅度)的平均功率(幅度)，并且，由于传统线性RF功率放大器一般具有与其输出幅度成比例的效率，因此对于这种具有较大峰均功率比的信号，其平均效率非常低。

响应于在发送具有较大峰均功率比的信号时传统线性功率放大器的低效率，已经广泛利用了两种方法或两种放大器结构。在W.H.Doherty，“A new high efficiency power amplifier for modulated waves，”Proc，IRE，vol.24，no.9，pp.1163-1182，Sept.1936中描述了Doherty放大器(或Doherty放大方法)，在H.Chireix，“High power outphasingmodulation”，Proc.IRE，vol.23，no.11，pp.1370-392，Nov.1935中描述了Chireix异相系统(或Chireix放大方法)。

Doherty放大器使用一个非线性放大器和一个线性放大器。将第一功率放大器作为B类线性放大器进行驱动，具有非线性输出电流的第二功率放大器通过阻抗倒转四分之一波长线来对从第一放大器看去的阻抗进行调制。由于第二功率放大器的非线性输出电流为0，低于特定输出电压，因此第二功率放大器不贡献低于电压的功率损耗。

Doherty放大器的输出功率电平回退(其中，效率达到Doherty放大器的效率曲线中的最大值)位于最大输出电压的一半处。可以通过改变四分之一波长传输线(或变换(匹配)网络)的阻抗来改变输出功率电平回退的位置。因此，变换(匹配)的大小规定了Doherty功率放大器的较低效率最大值的位置。尽管Doherty放大器可以被扩展至3个或更多个放大器以在效率曲线上获得更多最大值点，但是这通常导致需要非常不均匀大小的放大器(即晶体管)。

Chireix异相系统的原理在于：使用在恒定幅度处操作的两个放大器与特殊类型的组合网络一起来创建放大调制。通过改变两个放大器之间的差分相移，创建了幅度调制。因此，一般地，两个相位调制、恒定幅度的信号的组合实现了幅度调制。在通过RF链(例如混频器、滤波器和放大器)的频率上转换和放大之后，将信号进行组合以形成输出组合器网络中的放大信号。这些恒定幅度信号的相位被选择为使得其向量求和的结果产生所期望的幅度。Chireix放大器的输出网络中的补偿电抗(分别表示为+jX和-jX)用于将高效区扩展为包括较低输出功率电平。在R.F.Raab，“Efficiency of outphasing RFpower amplifiersystems”，IEEE Trans.Commnications，vol.COM-33，no.10，pp.1094-1099，October 5中导出了Chireix系统的效率。