[发明专利]逐级功率产生放大器

说明书

技术领域

本发明总体涉及电子电路，尤其涉及一种RF功率放大器电路。

背景技术

功率放大器，例如在蜂窝通讯系统基站中所使用的功率放大 器，经常工作在比峰值功率低得多的输出功率电平上。不幸的是， 返回(back-off)功率电平会降低发射机中的功率放大器的效率。 在常规的放大器中，效率与输入驱动电平之间有着直接的关系。 因此，在RF输入功率电平高到足以驱动放大器至压缩或饱和之 前，常常难以获得高的效率(DC到RF的换能效率)。在多载波 的通讯系统中，期望尽可能地使放大器保持线性，否则就不能工 作于高效率区域。

一种改进返回功率电平的效率的功率放大器电路设计是Doherty放 大器电路，其合并来自主放大器或载波放大器的功率和辅助放大器或峰 值放大器的功率。参见，W.H.Doherty，”ANewHigh-EfficiencyPower AmplifierforModulatedWaves，”Proc.IREVol.24，No.9，pp.1163-1182， 1936。图1A示出了一种常规的Doherty电路20。如图所示，分配器 (splitter)22分解施加于输入端21的输入信号。接收来自分配器22输 入信号的主放大器或载波放大器23和峰值放大器26被设计成以最佳效 率将最大功率传输到负载R。载波放大器23从分配器22直接接收输入 信号，而峰值放大器26则通过一个四分之一波长(90°)变压器25接收 输入信号。载波放大器23的输出通过另一个四分之一波长(90°)变压 器24并与峰值放大器26的输出在合并结点27合并。因此，载波放大器 23和峰值放大器26的输出并不相互隔离。于是，当峰值放大器26开启 时，呈现给载波放大器23的表观负载(apparentload)也随之变化。

载波放大器23作为标准B类型放大器进行偏置，而峰值放大器26 设计成仅仅只放大超过某些最低阀值的信号。对于LDMOS功率晶体管 而言，这是通过将晶体管直流偏置在低于它的夹断电压的条件下来实现 的，其工作类似于C类放大器。两个放大器的输出通过特征阻抗R的四 分之一波长传输线24相连接，并且最佳负载R的一半(one-half)负载 连接着峰值放大器26的输出端。在峰值放大器26的输入端，采用四分 之一波长延迟25等分RF输入功率，从而保证了两个放大器在负载R/228 上的输出功率处于同相。

通过将B类载波放大器23工作于大于两倍最佳负载的表观负 载的阻抗，Doherty放大器电路就可在压缩前获得高的效率。(在 峰值放大器26变成有效之前，由于四分之一波长变压器24的存 在，使得呈现给载波放大器23的表观负载阻抗为2R。)于是， 载波放大器23在其最大功率的一半处压缩并达到峰值效率。第二 或峰值放大器仅仅只在输入信号的峰值期间变成有效。当峰值放 大器有效时，减少了呈现在载波放大器23输出端的表观负载阻抗。 当峰值放大器26输出其全部功率时，将再次达到最大效率。因此， 载波放大器23保持在输出功率6dB范围的饱和边缘，并能够维持 近似峰值的效率。

当输入到Doherty功率放大器电路的输入RF功率不足以启 动峰值放大器26时，则由载波放大器23提供所有的输出功率。 当峰值放大器26关闭时，其输出的阻抗非常高并且载波放大器23 的输出功率被全部传输到负载R/2。如上所述，实际上四分之一波 长变压器24上呈现给载波放大器的负载为2R。因此，当电压饱 和时，该器件的电流为最大功率传输时的一半。这就导致该器件 只能传输其最大输出功率的一半。因为电流中的RF和DC分量是 它们峰值的一半，所以在载波放大器以最大线性效率向负载提供 最大输出功率的一半时，效率将达到其最大值。