[发明专利]功率放大器及功率放大方法

说明书

本发明涉及以模拟调制和数字式调制两种模式工作的、包括蜂窝包括系统的移动无线电通信系统。

在以便携电话和汽车电话为代表的移动无线电通信系统领域，数字化方向的最新的进展是巨大的。由于这个原因，人们所熟悉的各种传统的模拟调制系统正逐渐地被各种数字调制系统、或以模拟调制方式和数字调制方式两种模式工作的双模式调制系统所取代。鉴于可以使用数字式调制系统的服务范围仍然被局限于一些特殊的范围这一事实，在实际应用中，双模式蜂窝电话是有优点的。

在这种移动无线电通信系统中所采用的无线电发射机所需要的各种部件中，为向天线提供功率，放大射频信号的功率放大器是一定需要的。双模式发射机中，一般要求该功率放大器在模拟调制模式中具有高的效率，而在数调制模式中，除高效率之外，还要求具有高的线性。

在发射机所用的常规的功率放大器中，根据调制的类型切换两种功率放大电路的技术是大家所熟悉的。其中，最最简单的设计是提供可选的两种功率放大电路，一个功率放大电路用于模拟调制系统，而另一个功率放大电路用于数字调制系统。尚在审查的日本专利申请NO.HEI5-199127/1993中公开了用于发射机的这样一个功率放大电路，包括通过开关把二者相互结合在一起的非线性功率放大电路和线性放大电路。模拟调制模式中，重要的事情是实现高效率；因此，最好使用非线性功率放大电路的非线性工作区(即，在饱和区附近)。另一方面数字调制方式在调制中很可能产生失真。为了减小这样的失真，最好相对较低的输出范围内使用非线性功率放大电路的线性工作区。同时，当工作在相对高的功率输出范围内时，数字式调制模式要求我们有选择地使用非线性功率放大电路和线性功率放大电路，以实现高效和高线性。

然而，采用上述常规的开关技术的功率放大器在成本上是不合算的，因为它要求两种不同类型的功率放大电路。此外，当每一路射频信号通过开关时所产生的很大的功率损耗也是不令人满意的。因此，目前期望开发出一种单一的功率放大电路其具有在模拟调制和数字调制两种方式下工作的能力。

当一个功率放大电路工作在模拟调制和数字调制两种模式时，将要出现在下面要详细解释的功率增加效率(the power udded efficency)的问题。通常，功率放大器的功率增加效率η被定义如下：

η＝(交流输出功率-交流输入功率)/直流输入功率，其中，交流输入功率代表输入射频信号的功率，交流输出功率代表输出射频信号的功率，而直流输入功率代表由直流电源向功率放大器所提供的功率。也就是说，功率增加效率应该被理解成从直流功率到交流功率的转换效率。在采用电池作为直流功率源的蜂窝电话的场合，期望功率增加效率足够高以降低电池的消耗。

在日本所使用的无线电话发射机，当其工作在模拟调制模式时，必须遵守NTT(日本电报电话公司)标准。或者，当其工作在数字调制模式时，必须遵守RCR(无线电系统研究和开发中心)标准。该NTT标准规定了频公多址(FDMA)系统。而根据RCR标准的STD-27B条规定了时公多址(TDMA)系统。该FD-MA和TDMA两种系统均要求功率放大器具有同样的1.5瓦的输出功率。

图6示出了根据在日本使用的一种常规的双模式发射机的功率放大器的输入/输出特性和功率增加效率的一个典型的例子。该功率放大器包括一个单一的功率放大电路，所加的直流偏置电压Vdd为6V，在输出功率为1.5瓦的情况下，如图6中，所示在FDMA(即，模拟调制)和TDMA(即，数字调制)两种调制模式中，功率增加效率大约为40％。简言之，这种常规的技术产生一个迫使功率放大器牺牲FDMA模式下的功率增加效率以实现TDMA模式下高线性的问题。

另一方面，在美国，有一适用于双模式无线电话发射机的TIA(电信工业联合会)标准。

在TIA标准第1S-95条中规定FDMA系统为模拟调制模式的寻址系统，而码分多址(CDMA)系统为数字调制模式的寻址系统。该FDMA系统要求1.5瓦的交流输出功率，而CDMA系统仅要求0.5瓦的交流输出功率。

图7示出了根据在美国使用的双模式发射机中的常规的功率放大器的输入/输出特性的功率增加效率的一个例子。该功率放大器包括一个单一的功率放大电路，其直流偏置电压Vdd为48V。在输出功率为1.5瓦的情况下，FDMA模式的功率增加功率近似为60％，而在输出功率为0.5瓦的情况下，CDMA模式的功率增加效率为30％。简言之，这种传统技术产生一个迫使该功率放大器牺牲CDMA模式下的功率增加效率以实现FDMA模式下的高效率的问题。