[发明专利]具有可调阿尔法因数的多赫蒂放大器

说明书

公开了一种具有可调阿尔法因数的多赫蒂放大器。多赫蒂放大器电路具有用以提供可调阿尔法因数的可调阻抗和相位(“TIP”)电路，该可调阿尔法因数允许选择功率附加效率(PAE)曲线，该PAE曲线对于具有不同调制的应用或满足其它标准而言是有用的。实施方式包括具有TIP电路的多赫蒂放大器，该TIP电路提供对阻抗Z_INV的可调性(产生可调阿尔法因数)，同时将载波放大器的输出的相位保持在90°(对于选定的极性)±低的相位变化。TIP电路的实施方式包括一个或多个串联连接的TIP单元，该TIP单元包括与可调相位调整电路组合的至少一个TIP电路。在操作中，当调整TIP单元的阻抗时，也进行单元内的调整，以提供回到90°(在选定的极性下)的相移校正。

技术领域

本发明涉及电子电路，并且更具体地，涉及射频放大器电路。

背景技术

许多现代电子系统包括射频(RF)收发器，示例包括个人计算机、平板计算机、无线网部件、电视机、有线系统“机顶”盒、雷达系统以及蜂窝电话。许多RF收发器是相当复杂的双向无线电，其利用一个或更多个信令协议在多个频段中的多个频率上传输和接收RF信号。例如，现代的“智能电话”可以包括RF收发器电路系统，该电路系统能够在不同的蜂窝通信系统(例如GSM和CDMA)、不同的无线网频率和协议(例如2.4GHz的IEEE 802.1bg,2.4GHz和5GHz的IEEE 802.1n)以及“个人”局域网络(例如基于蓝牙的系统)上进行操作。

在便携式电池操作的设备(诸如蜂窝电话)中，RF收发器中的RF功率放大器(PA)消耗设备总电流的很大一部分，因此影响了电池寿命。因此，降低平均PA电流将延长电池寿命并延长“通话时间”，该“通话时间”定义为在电话呼叫或者传输或接收数据时对设备电池进行放电所耗费的时间。

根据到基站的距离和信号路径条件，蜂窝电话系统要求手机PA输出一定范围的功率水平。这种系统的效率可以用百分比表示：功率附加效率(power added efficiency，PAE)，定义为(RF功率输出-RF功率输入)÷供应的DC功率；较高的百分比是期望的。已经做出努力使得PAE在全功率水平下最大化，并且在一些系统中(例如GSM蜂窝系统)，PAE已经在全功率下达到50-60％。有意见认为，改进较低功率水平下的PAE也将是有益的，从而增大在多个功率水平下的平均PAE；例如参见Darren W.Ferwalt，“A Base Control DohertyPower Amplifier Design for Improved Efficiency in GSM Handsets”，§1.1和§1.2节，理学学士论文，俄勒冈州立大学，2003年12月10日。

正如1940年8月6日发布的美国专利第2,210,028号中描述的，威廉姆·多赫蒂首次开发了在较低功率水平下实现改进的PAE的一种方法。图1A是现有技术的多赫蒂放大器100的简化示意图。多赫蒂放大器100由与峰值放大器104并联耦接的载波放大器102组成；例如，放大器102、104可以是基于MOSFET的电路。在没有相移的情况下将RF输入信号RF_IN直接施加至载波放大器102，并且通过四分之一波长传输线L1将RF输入信号RF_IN间接施加至峰值放大器104，该四分之一波长传输线L1将RF_IN的相位移位-90°。载波放大器102的输出被四分之一波长传输线L2相移-90°，并且与峰值放大器104的输出同相组合，以在负载电阻R_L处提供放大的RF输出信号RF_OUT。四分之一波长传输线L2也被称为阻抗逆变器并且具有Z_INV的特性阻抗(Z₀)。

在操作中，放大器102、104两者在全功率下开启，而峰值放大器104在低功率水平下关闭。两个放大器102、104被配置为使得随着峰值放大器104的功率输出减少，载波放大器102的负载阻抗增加，以允许负载放大器102在低功率水平下以高效率操作。因此，在减小的功率下的组合效率比单个放大器的效率提高了。