[发明专利]功率放大装置

说明书

技术领域

本发明涉及主要用于无线电通信发射机的功率放大装置，更具体地说，涉及能够基于输入信号的振幅调制分量，改变提供给放大器的电源电压的功率放大装置。

背景技术

近年已经出现的诸如移动电话系统和无线LAN(局域网)的无线电通信系统使用诸如QPSK(正交相移键控)和多值QAM(正交振幅调制)的调制格式。在这些调制格式中，当信号在符号之间改变时，由于其波形包含在振幅调制中，与微波带宽的载波信号叠加的射频调制信号的振幅(包络)随时间改变。射频调制信号的峰值功率和平均功率的比率称为PAPR(峰值平均功率比)。当以保持高线性来放大具有大的PAPR的信号时，电源装置需要向放大器提供足够大的功率以便防止放大信号的波形在峰值功率的情况下失真并且确保放大信号的高线性。换句话说，放大器需要在足够低于受电源伏特限制的饱和输出功率的回退功率区中操作。

通常，由于根据A类系统或AB类系统来放大射频信号的射频放大器具有几乎达到饱和输出功率级的最大效率，因此，如果它们在大的回退功率区中操作，则它们的平均效率降低。

尽管OFDM(正交频分复用)系统已经用在下一代移动电话系统、无线LAN、数字电视广播等中，由于它们的PAPR趋于增加，因此，射频放大器的平均效率进一步降低。由此，期望即使在大的回退功率区中，射频放大器也能够高效率操作。

作为在回退区中并且大动态范围和高效率放大信号的系统，在非专利文献1中已经提出了称为EER(包络消除与恢复)系统的功率放大装置。

在非专利文献1中提出的EER系统将输入调制信号划分成相位调制分量和振幅调制分量。此后，将具有恒定振幅的相位调制分量输入到放大器，于是相位调制信息被保持。此时，放大器总是操作在接近提供最大效率的饱和输出功率电平处。

另一方面，振幅调制分量由D类放大器等高效率地放大，于是振幅调制信息被保持，并且然后被提供为已经调制其输出强度的电源电压(调制电源)。

当以这种方式操作功率放大装置时，射频器件还操作为乘法器并且结合调制信号的相位调制分量和振幅调制分量并输出结合结果。由此，射频放大器能够不在大的回退功率区中获得高效率放大的输出调制信号。

作为与EER系统类似的系统，还已知所谓的ET(包络跟踪)系统。例如，在非专利文献2等中已经报告过该系统。

ET系统和EER系统具有使用放大调制信号的振幅调制分量的D类放大器等的相同结构，于是放大调制信息被保持并且将结果信号提供为已经将其输出强度调制到放大器的电源电压(调制电源)。

EER系统和ET系统具有相同的结构，除了在EER系统中，前者仅将具有恒定振幅的相位调制信号输入到放大器，以便在接近饱和输出功率电平处操作它，而后者将包含振幅调制分量和相位调制分量这两者的输入调制信号输入到放大器以便线性地操作它。

尽管ET系统在效率方面不如EER系统，因为前者的放大器线性地操作，但由于仅将基于输入调制信号的振幅调制分量的必要最小功率(bare minimum power)提供给放大器，前者能够具有比向放大器提供恒定功率电压的结构更高的效率。

此外，ET系统能够比EER系统更易于实现，因为前者允许振幅调制分量和相位调制分量结合松散的时序余量。

EER系统和ET系统通常使用调制电源，其将振幅调制分量转换成相位调制信号并且使用D类放大器等，对振幅调制信号执行切换放大。作为用于EER和ET系统的脉冲调制系统，传统上使用PWM(脉宽调制)系统；然而，专利文献1和专利文献2提出了使用具有比前述系统更高线性的增量(delta)调制系统(或PDM(脉冲密度调制))的结构。此外，近年来，具有高SNR(信噪比)的增量总和(sigma delta)调制系统已经用作脉冲调制系统。

用于使用近年来已经出现的数字调制系统的诸如移动电话系统和无线LAN的无线电通信系统的相关标准要求应当将ACPR(相邻信道泄漏功率比)和EVM(误差矢量幅值)抑制到预定恒定值或以下。

为满足根据EER系统和ET系统的功率放大装置的这些标准，据说提供调制电源的脉冲调制器和D类放大器的带宽需要是调制信号的带宽的至少两倍。例如，用在移动电话系统中的WCDMA(宽带码分多址)的调制带宽为约5MHz，而用在无线LAN中的IEEE 802.11a/g的调制带宽为约20MHz。通常，难以高速切换大功率并且实现在这种宽带宽中操作的调制电源。