[发明专利]三路顺序功率放大器

说明书

三路顺序功率放大器包含与主放大器、第1峰值放大器及第2峰值放大器连接的输入电路网络(600)，主放大器(503)、第1峰值放大器(504)及第2峰值放大器(505)还与三路输出电路网络(800)连接。用于输入电路网络(600)的输入端口(501)的输入信号是振幅随时间变化的宽带射频(RF)信号。输出电路网络(800)的输出端口(507)可以经由带通滤波器与天线(506)连接，以使带外频率衰减。

技术领域

本发明总的而言涉及射频(radio frequency，RF)功率放大器(PA)，更具体来说，涉及宽带RF信号用三路顺序功率放大器(SPA：sequential power amplifiers)。

背景技术

RF功率放大器

无线通信系统使用谱效率良好且复杂的调制，以实现非常高速的数据速度下的传输。然而，这样的调制的结果是生成非常高、例如高于6dB的峰值对平均功率比(PAPR)。其结果是，由于现有的PA被设计为利用较低PAPR的信号来工作，因此使用现有的射频(RF)功率放大器(PA)来传输具有较高的PAPR的RF信号将导致平均效率下降。因此，在现有的单端PA的情况下，功率效率(power effiency)显著下降。

Doherty功率放大器

作为在较大的功率电平(power level)范围内实现更高效率的PA架构之一是Doherty功率放大器(DPA)。DPA不仅在峰值功率下能够实现更高的效率，而且在PA以最高概率工作的回退(back-off)功率下也能够实现更高的效率。这样，使用DPA来传输PAPR较高的信号时具有较高的整体效率。

图1示出现有技术的Doherty PA。请参照专利文献1。该PA包含分配器102、载波放大器(CA)100、峰值放大器(PA)101以及合成器103。分配器提供用于CA和PA的输入，合成器合成CA和PA的输出。输入通常为RF信号105，输出可以与天线106连接。

图2示出具备最小限度的输出电路网络的现有技术的三路Doherty放大器。例如，请参照专利文献2。该三路Doherty放大器包含输入电路网络203、主放大器(M)200、第1峰值放大器(P1)201、第2峰值放大器(P2)202以及输出电路网络204。在该放大器中，输入经由采取微带(microstrip)205的形式的四分之一波长传输线路被直接送入放大器，输出电路网络则使用由三个传输线路构成的另外的简单的结构与输出连接。该DPA具有较大的功率回退，例如，在12dB具有较高的效率，具有优化的线性及整体效率。然而，该三路DPA具有更多的阻抗转换器，由此使得DPA的工作带宽大幅变窄。

窄带宽

DPA虽然具有在较高的动态功率电平范围内效率较高这样的优点，但是，也存在固有的窄带宽问题。DPA主要由于PDA内的作为取决于频率的构件的四分之一波长阻抗转换器的原因而可以仅在较窄的频带中工作。已知利用几个宽带DPA来克服窄带宽的制约的情况。然而，宽带DPA一般整体增益较低且更为复杂。因此，现有的DPA不适于众多的宽带无线应用例。

顺序功率放大器

双路顺序功率放大器(SPA)提供较高的平均功率利用系数。SPA通过适当地控制动作并对主放大器(在低功率和高功率双方的区域接通)和峰值放大器(在低功率区域断开，在高功率区域接通)的输出进行合成，由此能够高效地放大动态包络信号、即振幅随时间变化的信号。

图3示出包含输入耦合器303、主放大器301、峰值放大器302及输出耦合器304的现有的双路SPA。该耦合器具有比图2的DPA大的带宽。

关于输出耦合器的功率合成过程，可以从相位及振幅合成的观点出发进行分析。期望的合成需要输出端口处的同相合成(0°(度)相位差)和耦合端口处的反相抵消(180度差)。

SPA输出耦合器