[发明专利]多模式Doherty功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及功率放大器，具体地，涉及用于便携的无线装置例如智能手机和移动电话或应用装置例如使用功率电池的笔记本电脑的射频（radio frequency，RF）功率放大器。更具体地，本发明涉及Doherty功率放大器，其中，在低输出功率水平实现高效率的新操作模式被添加到常规的Doherty功率放大器的操作从而在功率放大器的各个输出功率水平实现高效率。增加了第二功率模式的多模式Doherty功率放大器的尺寸可被减小以集成到芯片中。

在一般的无线终端中，RF功率放大器消耗了整个终端系统所使用的功率的相当大的一部分。因此，RF功率放大器的低效率降低了整个系统的效率并耗费电池，从而减少了通话时间。为此，已经开展了许多研究来提高RF功率放大器的效率。当RF功率放大器具有较高的效率时，可减少电池使用。因而，可延长通话时间，或可增加基于电池充电的终端使用时间。

因此，研究聚焦于提高RF功率放大器的效率。近期研究的RF功率放大器的典型示例可包括Doherty功率放大器和多模式功率放大器。

Doherty功率放大器在1936年由W.H.Doherty首次提出，这种放大器通过使用四分之一波长变压器（λ/4线）并联连接载波放大器和峰化放大器。Doherty操作执行如下：Doherty功率放大器根据功率水平改变通过峰化放大器供给至负载的电流量，并控制载波放大器的负载线路阻抗，由此提高效率。多模式Doherty功率放大器被配置为根据功率放大级所需的情况进行操作，并根据输出功率水平在多个操作模式中的一个模式下进行操作。

通过向常规的Doherty功率放大器添加多功率模式特性而配置的Doherty功率放大器可以在低于常规Doherty功率放大器的输出功率水平下实现高效率。

背景技术

常规Doherty功率放大器在理想的操作状态下可在最大输出点处获得相对高的功率附加效率。此外，当功率水平为从最大输出功率回退大约6dB时，常规Doherty功率放大器获得与在最大输出功率处获得的功率附加效率相类似的功率附加效率。图1示出理想的常规Doherty功率放大器和理想的AB类功率放大器的功率附加效率（power added efficiency,PAE）曲线，PAE由以下等式定义：

PAE=((Pout-Pin)/Pdc)

载波放大器与峰化放大器的尺寸比例可改变以调整可获得相对高功率附加效率的回退功率（backoff power）点。

多模式功率放大器被配置为根据功率放大级所需的情况进行操作。此外，多模式功率放大器根据输出功率水平在各个操作模式中的一个模式下操作。图2为示出常规多模式功率放大器的功率附加效率的曲线图。

图3示出集成到芯片中的常规Doherty功率放大器。图4示出集成到芯片中的常规Doherty功率放大器的具体实施方式。图5示出使用开关的具有双通道结构的常规多模式功率放大器。

图6示出不使用开关的具有双通道结构的常规多模式功率放大器。参照图5和图6，第二功率模式所需的功率级和第一功率模式所需的功率级彼此并联连接。也就是说，图5和图6示出能够根据所需的功率模式选择通道的双通道结构。图7示出使用开关的具有旁路结构的常规多模式功率放大器。

图8示出不使用开关的具有旁路结构的常规多模式功率放大器。图7和图8示出能够绕过或经过最大功率级而不需要额外的功率级的旁路结构。

具有旁路结构或双通道结构的常规多模式功率放大器使用串联开关来选择功率模式的通道。串联开关的尺寸必须足以接受最大功率，从而将从功率级生成的大功率传输至最终的输出级。此外，因为开关具有一定的损耗，由开关操作引起的损耗导致输出功率减小。这种减小可能降低多模式功率放大器的效率。

第10-2004-0015107号韩国专利申请公开了无需使用串联开关而使用阻抗变换的旁路多模式功率放大器。该旁路多模式功率放大器使用一个或多个无源元件（例如电容器或电感器）的组合来实现阻抗变换器。甚至用于实现阻抗变换器的无源元件也有一定的损耗，虽然这种损耗小于串联开关的损耗。该损耗可能导致效率降低。

图9为示出理想的常规Doherty功率放大器和常规多模式功率放大器的功率附加效率的曲线图。

常规Doherty功率放大器可通过调整负载线路阻抗在约6dB的回退操作点处具有相对高的效率，其中负载线路阻抗为Doherty功率放大器的特性。然而，在约10dB或更大的回退操作点附近，常规Doherty功率放大器的功率附加效率低于常规多模式功率放大器。

发明内容