[发明专利]基于宽带和可重配置Doherty的放大器

说明书

技术领域

本发明涉及用于在电子系统(例如在无线通信系统中所使用的无线电基站(RBS))中使用的微波功率放大器的领域。

背景技术

无线电和微波功率放大器(PA)的效率始终亟待改善，以减少它们的功耗。电信产业能耗被评估为占据世界年全球能耗的近似百分之一，该能耗的大份额分配给无线电基站(RBS)。因此，高效率功率放大器是重要的。在RBS内，多于80％的能耗与无线电设备、放大器和冷却系统有关，可以通过增加功率放大器效率来减少数字。

在现代通信标准(例如3G、4G、LTE、WiMax等)中，期望的输出信号具有典型地7-10dB的高峰均值比率(PAR)。为了针对这些系统中操作的功率放大器获得高平均效率，PA的效率必须在峰值输出功率之下也保持很高。已经提出了各种放大器和发射机拓扑来解决该问题。最流行且高执行的拓扑之一是Doherty放大器。

此外，现代通信系统中的频带和谱分段的数目增大需要具有宽带能力的功率放大器。然而，设计同时具有宽带能力和高平均效率的功率放大器已经显得十分困难。

当实现Doherty放大器时，如今使用两种主要技术。

第一种技术是Doherty最先提出的以单RF输入来驱动放大器。为了获得正确的负载调制，主放大器典型地偏置于AB类或B类中，而辅放大器偏置于类C中。这样给出了一种简单的拓扑，但与Doherty放大器的理论极限相比，放大器的线性和效率以及功率利用因子(PUF)恶化。A、B、AB和C类放大器对于本领域技术人员是公知的，因此在此不进一步讨论。

第二种技术是使用双RF输入，其中，对每个RF信号独立地进行调制。这允许放大器中的晶体管偏置在B类中，由此在理论上可以获得理想Doherty特性。虽然这种技术需要更复杂的信号处理以及两条RF输入信号路径，但其由于可实现的良好Doherty特性而是流行的。

图1示意性描述了理想Doherty放大器的拓扑，其中，理想电流源表示主放大器和辅放大器。贯穿说明书和权利要求书，如果并非另外声明，则所给定的电流值指代基本频率的幅度。将基本频率定义为周期波形的最低频率。此外，贯穿说明书和权利要求书，假设所有谐波频率被短路。在以下表1中给出用于正确操作的负载阻抗Z_L、主放大器传输线路特征阻抗Z_c、漏极-源极偏置V_ds，，以及针对辅放大器的放大器基本频率RF输出电流幅度I_a和针对主放大器的放大器基本频率RF输出电流幅度I_m的值。

除非另外声明，下文中将I_m称为主放大器输出电流，以及除非另外声明，下文中将I_a称为辅放大器输出电流。

θ是辅放大器输出电流I_a与主放大器输出电流I_m之间的相位差，以弧度表示。表1适用于具有栅极、漏极和源极端子的FET型晶体管(场效应晶体管)。名称和术语因此适用于FET晶体管。然而，这些术语和名称对于使用基极、集电极和发射极端子(即具有与栅极对应的基极、与漏极对应的集电极以及与源极对应的发射极)的晶体管也是有效的。一些示例；每当提到漏极-源极时，其对于集电极-发射极也是有效的，每当使用漏极-源极偏置或漏极-源极电压时，其对于集电极-发射极偏置或集电极-发射极电压也是有效的，当提到栅极偏置时，其对于基极偏置也是有效的。所提到的所有示例因此对于使用具有基极、发射极和集电极端子的晶体管的对应示例也是有效的。