[发明专利]DOHERTY功率放大设备和方法

说明书

 

技术领域

本发明一般涉及功率放大器，具体地说，涉及Doherty功率放大设备和方法。

背景技术

诸如宽带码分多址(WCDMA)和长期演进(LTE)等现代无线通信网络利用复杂的调制方案以在有限带宽中最大化数据吞吐量。其结果通信信号带有高峰值对平均功率比(PAPR)的特征。这突出了通过在回退区域降低其功耗，改进在使用高PAPR信号驱动时RF功率放大器的平均效率的重要性。为在高回退功率状态获得高效率，已提议诸如EER、ET、LINC和Doherty等多种效率提升技术。在这些技术之中，Doherty功率放大器(DPA)近年来已得到广泛接受和发展，据报道，DPA由于其先进的设计和简单的结构而提供相当高的效率。

在图1所示经典的双路Doherty放大器中，包括了两个放大器：载波放大器(CA)和峰化放大器(PA)，并且其功率能力（比率）为CA:PA=1:n。回退点在K=1/(1+n)，dB =10log(k)²。通过使用四分之一波传送线(Z_o1/90°)而不使用任何另外组件，平行地组合在适当相位对齐和偏置级别操作的两个放大器的输出功率。Doherty放大器的此“自管理”特性使其实现对各种应用具有吸引力。通过使用带有AB类偏置的载波放大器单元和C类偏置的峰化放大器单元，能够使用最简单的Doherty放大器操作，以便它们在输入信号的不同功率区域操作。载波放大器在低功率区域操作，并且峰化放大器在高功率区域开启。

在带有用于载波和身化放大器的相同功率器件的对称双路Doherty放大器配置（图1中n=1）中，载波放大器的饱和功率是最大系统输出功率的四分之一。这从正常峰值效率功率电平产生了在6-dB输出功率回退的效率峰值。在过去的几年内，研究者一直在致力于带有不均匀功率分配器的非对称Doherty放大器的设计(n>1)，其中，与经典设计相比，载波放大器的饱和处在更低电平。理论上，非对称Doherty放大器设计在效率峰化点之间的区域中表现出相当大的效率下降，如示出各种DPA的理论效率特性的图2所示，效率降低的程度与回退电平成正比。

不过，可能使用不止两个放大器以维护效率而在整个回退区域中无相当大下降，并且将回退电平扩展到远远超经典设计。这是所谓的多级或多路或N路（N≥2是自然数）Doherty放大器。例如，图3(a)和图3(b)所示现有的两种类型的三路DPA具有卓越的效率特性，这是因为通过CA:PA1:PA2=1:n:m的功率能力，它们沿输出功率电平有三个最大效率点。在图3(a)中，第一回退点在K1=(1+n)/(1+n+m)；并且第二回退点在K2=1/(1+n)。在图3(b)中，第一回退点在K1=n/(n+m)；并且第二回退点在K2=1/(1+n+m)。

图3(a)是如在Srirattana等人所著“用于无线通信的高效率多级Doherty功率放大器的分析和设计”(“Analysis and design of a high-efficiency multistage Doherty power amplifier for wireless communications”, IEEE Transactions on MTT, Mar. 2005)中所述的广为人知的结构。该拓扑是用作载波放大器的一个DPA与另外的峰化放大器的平行组合。第一峰化放大器(PA1)最初调制载波放大器的负载，并且第二峰化放大器(PA2)调制在更高功率的先前Doherty级的负载。图3(b)中的拓扑最近已由Gajadharsing等人所著“带有极小输出网络的三路Doherty放大器”(“3-way Doherty amplifier with minimum output network”, US patent No. 8022760 B2, Sep. 2011)报告。此拓扑是一个载波放大器和用作峰化放大器的一个DPA的平行组合。图3(a)和3(b)中的两种三路DPA体系结构均使用三个功率放大器单元，并且两个峰化放大器按顺序开启。因此，分别在两个开启点和在峰值功率形成三个峰值效率点。