專利名稱：復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及一種改進(jìn)的復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)和驅(qū)動這種放大器的方法。本發(fā)明還涉及包括這種結(jié)構(gòu)的無線電終端。
背景技術(shù)：
在用于廣播、蜂窩和衛(wèi)星系統(tǒng)的無線電發(fā)射機(jī)中，發(fā)射機(jī)的功率放大器(PA)除了能夠同時放大許多無線電信道(頻率)或獨(dú)立的用戶數(shù)據(jù)信道、跨越相當(dāng)寬的帶寬之外，還必須是非常線性的。它還必須有效地這樣做，以降低功耗、減少冷卻的需要并提高其壽命。由于非線性放大器將引起信道間干擾信號能量的泄漏和每個信道內(nèi)的失真，所以需要高的線性。
足夠多的獨(dú)立射頻(RF)信道的混合或多用戶CDMA(碼分多址)信號的幅度概率密度趨于接近瑞利分布，該瑞利分布具有大的峰值對平均值功率比。由于常規(guī)線性RF功率放大器一般具有與其輸出幅度成比例的效率，所以其平均效率對于這種信號是非常低的。
根據(jù)在發(fā)射具有大的峰值對平均值功率比的信號時常規(guī)線性功率放大器的低效率，廣泛使用兩種方法Doherty方法1和Chireix異相方法2。
Doherty放大器使用一個非線性和一個線性放大器。第一功率放大器被驅(qū)動為B類線性放大器，以及具有非線性輸出電流的第二功率放大器通過阻抗轉(zhuǎn)換四分之一波長線“調(diào)制”由第一放大器看去的阻抗1，3。由于第二放大器的非線性輸出電流在某一轉(zhuǎn)換(輸出)電壓下是零，所以第二放大器在這個電壓下沒有功率損耗。
標(biāo)準(zhǔn)Doherty放大器的轉(zhuǎn)換點(diǎn)(其對應(yīng)于效率曲線中的最大值)在最大輸出電壓的一半處。通過改變四分之一波長傳輸線(或等效電路)的阻抗可以改變轉(zhuǎn)換點(diǎn)的位置。于是需要不同規(guī)格(功率容量)的放大器來優(yōu)化使用可用的峰值功率。Doherty系統(tǒng)可被擴(kuò)展至三個或更多個放大器，以獲得效率曲線上的更多最大值點(diǎn)。這通常導(dǎo)致對規(guī)格非常不均衡的放大器(即晶體管)的需要。
術(shù)語“異相”是Chireix和LINC放大器中的關(guān)鍵方法，一般指的是通過組合幾個(一般為兩個)相位調(diào)制的恒定幅度信號而獲得幅度調(diào)制的方法。在“信號分量分離器”(SCS)中產(chǎn)生這些信號，并在通過RF鏈(chain)(混頻濾波器和放大器)上變頻和放大后接著在輸出組合器網(wǎng)絡(luò)中組合形成放大的線性信號。選擇這些恒定幅度信號的相位，以使其向量和的結(jié)果產(chǎn)生理想的幅度。在Chireix放大器的輸出網(wǎng)絡(luò)中，使用補(bǔ)償電抗+jX和-jX來擴(kuò)展高效率的區(qū)域，以包括低輸出功率電平。Chireix系統(tǒng)的效率參見4，5。
Chireix放大器的優(yōu)點(diǎn)是能夠通過改變電抗的大小(X)來改變效率曲線以適合于不同的峰值對平均值功率比。峰值輸出功率在放大器之間平均分配，而與該調(diào)整無關(guān)，這意味著可使用相同規(guī)格的放大器。
此外，使用異相原理的三晶體管放大器(或更一般為奇數(shù)個晶體管)在6中被說明。然而，如6中所建議的，迄今為止給Chireix放大器添加更多放大器沒有在提高效率上取得成功。事實(shí)上，6中所述放大器比使用改進(jìn)的驅(qū)動信號的常規(guī)Chireix放大器的效率低，如7中所述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種有效的多級復(fù)合功率放大器結(jié)構(gòu)以及一種用于驅(qū)動這種結(jié)構(gòu)的方法。
另一目的是包括這種結(jié)構(gòu)的無線電終端。
依據(jù)所附的權(quán)利要求實(shí)現(xiàn)這些目的。
簡而言之，本發(fā)明提出一種有效復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)，其實(shí)質(zhì)上是基于Doherty放大器的輔助放大器和至少一對形成Chireix對的放大器的組合。以與Doherty放大器的輔助放大器相同的方式驅(qū)動復(fù)合放大器的Doherty部分。在復(fù)合放大器的動態(tài)范圍的至少一部分上由驅(qū)動信號驅(qū)動每個Chireix對，該驅(qū)動信號具有與幅度相關(guān)的相位。優(yōu)選地，不同對在動態(tài)范圍的不同部分中具有與幅度相關(guān)的相位，以最大化效率。


通過參考下面的描述并結(jié)合附圖，可最好地理解本發(fā)明及其另外的目的和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)的Doherty放大器的框圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的典型Chireix放大器的框圖；
圖3是依據(jù)本發(fā)明的復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的示范實(shí)施例的框圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明的復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的另一示范實(shí)施例的框圖；圖5是依據(jù)本發(fā)明的復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的又一示范實(shí)施例的框圖；圖6是說明每個放大器的歸一化輸出電壓幅度對依據(jù)圖4中復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的歸一化輸出電壓幅度的關(guān)系曲線的圖；圖7是說明每個放大器的輸出電壓相位對依據(jù)圖4中復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的歸一化輸出電壓幅度的關(guān)系曲線的圖；圖8是說明每個放大器的歸一化輸出電流幅度對依據(jù)圖4中復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的歸一化輸出電壓幅度的關(guān)系曲線的圖；圖9是說明每個放大器的輸出電流相位對依據(jù)圖4中復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的歸一化輸出電壓幅度的關(guān)系曲線的圖；圖10是說明效率隨依據(jù)圖4中復(fù)合結(jié)構(gòu)的歸一化輸出電壓而變的曲線圖；圖11是現(xiàn)有技術(shù)的多級Doherty放大器的框圖；圖12是圖11中的多級放大器的框圖，其中一個放大器由依據(jù)本發(fā)明的復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)所代替；圖13是說明每個放大器的歸一化輸出電流幅度對圖11中的多級Doherty放大器的歸一化輸出電壓幅度的關(guān)系曲線的圖；圖14是說明效率隨圖11中的多級Doherty放大器的歸一化輸出電壓而變的曲線圖；圖15是說明每個放大器的歸一化輸出電壓幅度對依據(jù)圖12中復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的歸一化輸出電壓幅度的關(guān)系曲線的圖；圖16是說明每個放大器的輸出電壓相位對依據(jù)圖12中復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的歸一化輸出電壓幅度的關(guān)系曲線的圖；圖17是說明每個放大器的歸一化輸出電流幅度對依據(jù)圖12中復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的歸一化輸出電壓幅度的關(guān)系曲線的圖；圖18是說明每個放大器的輸出電流相位對依據(jù)圖12中復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的歸一化輸出電壓幅度的關(guān)系曲線的圖；圖19是說明效率隨依據(jù)圖12中復(fù)合結(jié)構(gòu)的歸一化輸出電壓而變的曲線圖；圖20是Doherty放大器的框圖，其中一個放大器由依據(jù)本發(fā)明的包括兩個Chireix對的復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)所代替；
圖21是說明每個放大器的歸一化輸出電壓幅度對依據(jù)圖20中復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的歸一化輸出電壓幅度的關(guān)系曲線的圖；圖22是說明每個放大器的輸出電壓相位對依據(jù)圖20中復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的歸一化輸出電壓幅度的關(guān)系曲線的圖；圖23是說明每個放大器的歸一化輸出電流幅度對依據(jù)圖20中復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的歸一化輸出電壓幅度的關(guān)系曲線的圖；圖24是說明每個放大器的輸出電流相位對依據(jù)圖20中復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的歸一化輸出電壓幅度的關(guān)系曲線的圖；圖25是說明效率依據(jù)圖20中復(fù)合結(jié)構(gòu)的歸一化輸出電壓而變的曲線圖；以及圖26是說明依據(jù)本發(fā)明的復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的輸入網(wǎng)絡(luò)的示范實(shí)施例的框圖。
具體實(shí)施例方式
在下面說明中，相同的附圖標(biāo)記將用于所有附圖的圖中相同或類似的元件。
在詳細(xì)說明本發(fā)明之前，參考圖1和2，分別地簡要說明Doherty和Chireix放大器。
圖1是典型的現(xiàn)有技術(shù)Doherty放大器的框圖。Doherty放大器使用一個線性和一個非線性功率放大器。公開的理論表明，主功率放大器10被驅(qū)動為B類線性放大器，以及具有非線性輸出電流的輔助功率放大器12(通過C類操作或由框14表示的某一其他技術(shù))通過在輸出網(wǎng)絡(luò)中阻抗轉(zhuǎn)換四分之一波長線16來“調(diào)制”由主放大器看去的阻抗。輔助放大器的輸入通路還包括90°移相器18。由于輔助放大器的非線性輸出電流在某一轉(zhuǎn)換(輸出)電壓下是零，所以輔助放大器在這個電壓下沒有功率損耗。
標(biāo)準(zhǔn)Doherty放大器的轉(zhuǎn)換點(diǎn)在最大輸出電壓的一半處。使用這個轉(zhuǎn)換點(diǎn)，效率曲線最適合適中的峰值對平均值功率比，以及使峰值功率在兩個組成放大器之間均分。通過改變四分之一波長傳輸線(或等效電路)的阻抗可以改變Doherty放大器中的轉(zhuǎn)換點(diǎn)。然后效率曲線可被調(diào)整用于較高的峰值對平均值功率比，以及使峰值輸出功率在放大器間不均分。因而，需要不同規(guī)格(功率容量)的放大器來優(yōu)化使用可用的峰值功率。
圖2是典型的現(xiàn)有技術(shù)Chireix放大器的框圖。術(shù)語“異相”是Chireix和LINC放大器中的關(guān)鍵方法，一般指的是通過組合在信號分量分離器22中產(chǎn)生的兩個相位調(diào)制的恒定幅度信號來獲得幅度調(diào)制的方法。在通過RF鏈24、26(混頻器、濾波器、放大器)和功率放大器28、30的上變頻和放大后，該異相信號在Chireix類型輸出網(wǎng)絡(luò)32中被組合成放大的線性信號。選擇這些恒定幅度的異相信號的相位，以從其向量求和得到的結(jié)果產(chǎn)生理想的幅度。輸出網(wǎng)絡(luò)32包括兩個四分之一波長線λ/4(其中λ是在放大器工作頻帶的中心頻率的波長)和兩個補(bǔ)償電抗+jX和-jX，其被用于擴(kuò)展高效率區(qū)域以包括較低的輸出功率電平。
Chireix放大器的優(yōu)點(diǎn)是能夠通過改變電抗的大小(X)來改變效率曲線，以適合于不同的峰值對平均值功率比。峰值輸出功率在放大器之間平均分配，而與調(diào)整無關(guān)，這意味著可使用相同規(guī)格(功率容量)的放大器。
圖3是依據(jù)本發(fā)明的復(fù)合放大器的示范實(shí)施例的框圖。如可從圖中看到的，這個實(shí)施例實(shí)質(zhì)上是Chireix放大器(包括功率放大器PA 1，1和PA 1，2)與Doherty放大器的輔助放大器PA 2的組合。在“Doherty部分”中一個微小的變化(與圖1相比)是在基帶而不是RF帶中實(shí)現(xiàn)非線性功能(例如作為查找表和D/A轉(zhuǎn)換器)。為此，輸入網(wǎng)絡(luò)包括另一個RF鏈28。此外，優(yōu)選地，Chireix部分的信號分量分離器22被改進(jìn)以僅在復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的動態(tài)范圍的某一區(qū)域中產(chǎn)生異相信號。該改進(jìn)將參考圖6-10被詳細(xì)說明。所說明的復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)可取代單個獨(dú)立的放大器如B(AB)類線性RF放大器或Doherty系統(tǒng)中放大器之一，假定三個放大器都具有與它們代替的放大器相同的最大輸出電流的話。
如由天線所示，依據(jù)本發(fā)明的復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)可以是發(fā)射器的一部分，例如無線電終端中的發(fā)射器，譬如蜂窩移動無線電通信系統(tǒng)中的基站或移動站。
下面的說明將說明基于組合Chireix和Doherty原理的思想的其它可行的復(fù)合功率放大器結(jié)構(gòu)。
圖3中的復(fù)合放大器包括半集總輸出網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)使用四分之一波長的傳輸線以及電感器(+jX)和電容器(-jX)。另一可行的是在圖4中說明的分布式輸出網(wǎng)絡(luò)。該結(jié)構(gòu)僅使用縮短的和加長的傳輸線。另一例子在圖5中被說明。為了說明的目的，圖5中包括來自PA 2的半波長傳輸線；任意數(shù)量的半波長的傳輸線可被添加至任一放大器，同時驅(qū)動信號相位的相應(yīng)變化被增加至該放大器。一般地，輸出網(wǎng)絡(luò)的Chireix部分可被描述為包括與總線長λ/2對應(yīng)的阻抗轉(zhuǎn)換元件或具有平均線長λ/4的加長的和縮短的元件。輸出網(wǎng)絡(luò)的Doherty部分是非反相的，并且與線長0、λ/2或一般的N*λ/2相對應(yīng)，其中N＝0，1，2，…。
實(shí)現(xiàn)輸出網(wǎng)絡(luò)的其他方法為通過僅使用集總元件，即電容器和電感器。在集總元件實(shí)施中，用π形節(jié)或其它集總元件網(wǎng)絡(luò)代替?zhèn)鬏斁€。然后，某一節(jié)點(diǎn)的對地電抗通常由具有等效并聯(lián)值的單個電抗代替。
四分之一波長(或其等效電路)還可用于在負(fù)載和晶體管之間轉(zhuǎn)換。更多阻抗匹配部分還可用于各個支路，以及可利用許多其它電路轉(zhuǎn)換技術(shù)。
如果在輸出網(wǎng)絡(luò)中沒有進(jìn)行其它阻抗轉(zhuǎn)換，則傳輸線阻抗應(yīng)當(dāng)基本上等于各個組成放大器的最佳負(fù)載電阻。假如單獨(dú)地使用該結(jié)構(gòu)作為三放大器系統(tǒng)，則在標(biāo)注的連接點(diǎn)處連接的轉(zhuǎn)換天線阻抗RLOAD應(yīng)等于全部三個組成放大器的最佳負(fù)載的并聯(lián)連接。
盡管圖3中的輸入網(wǎng)絡(luò)在原則上可被驅(qū)動作為PA 1，1和PA 1，2的經(jīng)典Chireix異相模式和PA 2的非線性Doherty模式的組合，但是現(xiàn)在將說明更有效的驅(qū)動模式。
三放大器系統(tǒng)的改進(jìn)操作可細(xì)分成三個主區(qū)域。在低輸出幅度處，驅(qū)動PA 1，1和PA 1，2提供在它們之間具有恒定相位角的線性增加(相對于輸出幅度)的電流。該區(qū)域的上邊界由電抗、X(圖3)的大小或者等效地由線長度差值δ確定(圖4)。通常選擇這個參數(shù)，以便通過將最低效率的最大值(參見圖10)放置在某一輸出幅度點(diǎn)處來使得所使用信號幅度分布的平均效率最大。在中間輸出幅度處，以異相方式驅(qū)動同樣的兩個放大器，其中它們的輸出節(jié)點(diǎn)電壓具有恒定的幅度和變化的相對相位。中間區(qū)域的上邊界由PA 1，1和PA 1，2的最大輸出功率之和與全部三個放大器的最大輸出功率之和間的關(guān)系確定。在高輸出幅度處，保持PA 1，1和PA 1，2處于恒定電壓和恒定的相位差值，同時提供基本上線性增加的輸出電流。在這個區(qū)域，第三個放大器PA 2也是激活的，提供從零開始線性增加的電流。
作為上述的說明，考慮一種三個相等規(guī)格的放大器的系統(tǒng)。該特定的復(fù)合放大器使用依據(jù)圖4的具有線長度差值δ＝0.041λ的傳輸線來實(shí)現(xiàn)。
在圖6、7中分別顯示了在放大器的輸出節(jié)點(diǎn)處電壓的幅度和相位。在PA 2處的電壓包括理想的輸出信號，這意味著其幅度隨輸出幅度線性上升，而在PA 1，1和PA 1，2處的電壓在低輸出幅度處上升較快(一直到大約0.23倍的最大輸出幅度)，以及在較高幅度處保持恒定。在PA 2處電壓的相位是理想的輸出信號相位。PA 1，1和PA 1，2在低輸出幅度處開始，具有恒定的相對相位差值以及輸出信號的相位的恒定偏移。從最大輸出幅度的0.23至0.67倍，PA 1，1和PA 1，2以異相模式運(yùn)行，并在輸出電平的0.67倍以上具有相對于輸出的恒定相位。
由放大器輸送的RF電流的幅度和相位分別顯示在圖8和圖9中。PA 1，1和PA 1，2在低幅度處輸送具有相對于輸出的恒定相位的線性電流。在中間幅度區(qū)域，這些放大器處于異相模式。在高輸出幅度處，PA 2也是激活的，同時PA 1，1和PA 1，2繼續(xù)增加其輸出電流。在這個區(qū)域，相對相位需要改變以獲得理想效率，盡管改變的程度小于在異相區(qū)域。在低輸出幅度處PA 2相位圖的不存在表示這是個“無關(guān)的”區(qū)域，因?yàn)闊o論如何被輸送的電流都是零。假定線性晶體管處于B類操作，圖10中顯示了三放大器系統(tǒng)的所得到的效率。
在Doherty系統(tǒng)中操作所述結(jié)構(gòu)和作為單個獨(dú)立的高效放大器操作所述結(jié)構(gòu)的區(qū)別是，對于電抗值或者等效地線長度差值的選擇具有新的限制。這些限制取決于在Doherty系統(tǒng)中哪個功率放大器被取代，因在Doherty系統(tǒng)中不同放大器在不同的操作區(qū)域進(jìn)行不同的操作。在Doherty系統(tǒng)中所有放大器都通過輸送線性電流(作為輸出電壓的函數(shù))開始(在零輸出電平處是對于第一或主放大器，或在較高輸出幅度的所謂轉(zhuǎn)換點(diǎn)是對于隨后的或輔助放大器)。在下一個轉(zhuǎn)換點(diǎn)之上的區(qū)域，在放大器的輸出節(jié)點(diǎn)處的電壓幅度是恒定的，同時其繼續(xù)輸送線性電流。在下一個區(qū)域，電流幅度也是恒定的。在Doherty系統(tǒng)中的放大器由新的多級放大器標(biāo)準(zhǔn)部件代替時，必須選擇阻抗值或線長度差值，以使其在替換的放大器(其中輸送線性電流的最初放大器)的最低激活區(qū)域(通常較低部分)作出有效的異相操作。
在組成放大器之間的最大輸出功率的分配還有新的考慮。如果放大器的激活區(qū)域從在代替的放大器的轉(zhuǎn)換點(diǎn)之上的轉(zhuǎn)換點(diǎn)開始，只有沒有異相的組成放大器將在該較高區(qū)域繼續(xù)輸送線性電流。這意味著放大器之間的輸出功率的分配在最大輸出幅度處與在轉(zhuǎn)換點(diǎn)處功率的分配是不相同的。這又暗示，在多級放大器標(biāo)準(zhǔn)部件中的放大器之間的最大輸出功率的分配必須考慮在初始Doherty結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換點(diǎn)的位置。
假如其它轉(zhuǎn)換沒有用在輸出網(wǎng)絡(luò)中，則用在標(biāo)準(zhǔn)部件中的傳輸線阻抗等于相應(yīng)放大器的最佳負(fù)載阻抗。用在初始Doherty系統(tǒng)中的其余放大器以及傳輸線(或等效網(wǎng)絡(luò))不受到該代替的影響。輸送的電流、輸出節(jié)點(diǎn)電壓、量度(dimensioning)，所有這些都保持相同。這也意味著，新標(biāo)準(zhǔn)部件的多個插入可在同一初始Doherty放大器中進(jìn)行。
例如，考慮作為用于代替三級Doherty系統(tǒng)中的第二個放大器的標(biāo)準(zhǔn)部件的基本的三放大器結(jié)構(gòu)，如圖11中所示。所得到的結(jié)構(gòu)看上去像圖12中所示出的結(jié)構(gòu)。因而，由圖11中虛線框指示的放大器PA 2已由圖12中虛線框指示的三放大器結(jié)構(gòu)代替。在該結(jié)構(gòu)中，在初始Doherty系統(tǒng)中的PA 2的輸出功率容量在新系統(tǒng)的三個部分放大器PA 2，1、PA 2，2和PA 2，3之間分配。PA 1和PA 3在初始Doherty系統(tǒng)和新系統(tǒng)中以同樣的方式工作。
在這個例子中，Doherty系統(tǒng)的四分之一波長傳輸線的阻抗是Z1＝PA 3的最佳負(fù)載的1.25倍，Z2＝PA 3的最佳負(fù)載的0.25倍。轉(zhuǎn)換的天線阻抗RLOAD＝PA 3的最佳負(fù)載的0.2倍。
在圖12的新系統(tǒng)中，使用由PA 2，1、PA 2，2和PA 2，3加上如圖4中的縮短的和加長的傳輸線組成的結(jié)構(gòu)代替PA 2，這些傳輸線的阻抗是Z3＝Z4＝PA 3的最佳負(fù)載的1.25倍。該線長度差值是δ＝0.06λ。
圖13顯示來自圖11的三級Doherty系統(tǒng)的組成放大器的RF電流的幅度。較低級的電流被歸一化到PA 3的最大輸出電流。所得到的該參考系統(tǒng)的效率被顯示在圖14中。
我們現(xiàn)在觀察用三個部分放大器PA 2，1、PA 2，2和PA 2，3的組合代替PA 2的同一Doherty系統(tǒng)，如圖12所示。在圖15和圖16中，顯示了放大器輸出節(jié)點(diǎn)處RF電壓的幅度和相位。在PA 3處輸出電壓被用作其他放大器的相位參考。
在圖17和圖18中，顯示了由圖12中放大器輸送的RF電流的幅度和相位。PA 1、PA 2，1和PA 2，2均輸送PA 3的最大輸出電流的0.8倍。PA 2，3最高輸送該數(shù)量的兩倍，即PA 3的最大輸出電流的1.6倍。如果我們增加代替原始Doherty系統(tǒng)中的PA 2的放大器的最大電流，我們就達(dá)到了PA 3的最大輸出電流的3.2倍，這與在原始系統(tǒng)中PA 2輸出電流的最大值相同。注意，PA 1和PA 3的輸出電流幅度圖的形狀和大小與如圖13所示的原始系統(tǒng)的一致。
因此，我們用輸送同樣最大輸出電流的三晶體管結(jié)構(gòu)代替PA 2，但減小了平均電流，而對系統(tǒng)的其余部分沒有影響。較小的電流消耗意味著較高的效率，通過比較新系統(tǒng)在圖19中的效率曲線與現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)在圖14中的效率曲線這是顯然的。
到此為止所說明的三放大器系統(tǒng)可被擴(kuò)展至任意奇數(shù)個放大器，這是通過實(shí)質(zhì)上使用多級Chireix結(jié)構(gòu)代替迄今為止使用的單個(二放大器)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。這具有進(jìn)一步增加效率的優(yōu)點(diǎn)。放大器或標(biāo)準(zhǔn)部件中的不同級在異相模式中操作的順序由電抗的大小確定。最大輸出功率在新的多級放大器系統(tǒng)中的Chireix部分和單個(剩余)放大器間的分配遵循相同的考慮，而與在系統(tǒng)中的單個或多個Chireix對的選擇無關(guān)。
作為對較高級別結(jié)構(gòu)使用的說明，考慮使用五個放大器的系統(tǒng)代替在兩級Doherty系統(tǒng)中的第二放大器。該特定的放大器使用傳輸線實(shí)施，并且所有放大器具有相同的規(guī)格(相同的最大輸出電流和電壓)。該結(jié)構(gòu)顯示在圖20中。因?yàn)樗蟹糯笃骶哂邢嗤囊?guī)格，因而從所有相關(guān)的放大器至輸出端的傳輸線具有相等的阻抗Z。線長度差值是δ1＝0.04λ和δ2＝0.09λ。因?yàn)槲覀冇邢嗤?guī)格的六個放大器，所以轉(zhuǎn)換天線阻抗RLOAD具有一個放大器最佳負(fù)載的六分之一的值。
圖21和圖22分別顯示了放大器輸出節(jié)點(diǎn)處電壓的幅度和相位。我們看到，在PA 2，5處的電壓包括理想輸出信號的幅度和相位。在PA1處的電壓引起90°的輸出，并且是第一個到達(dá)其最大值。兩個“Chireix對”PA 2，1+PA 2，2和PA 2，3+PA 2，4在輸出幅度的不同區(qū)域以異相模式操作，并具有相對于最上面第六個輸出幅度范圍中的輸出的恒定的相位。
圖23和圖24分別顯示了電流的幅度和相位。其中僅僅顯示在其中每個放大器是激活的(輸送電流)的區(qū)域的相位圖。我們看到，PA 1在所有輸出電平期間均是激活的，正如二放大器Doherty系統(tǒng)的第一級所期望的。在輸出幅度的大約0.17和0.47倍上面，兩個“Chireix對”分別是激活的。在最上面第六個輸出幅度范圍中，PA 2，5是激活的。
假定線性晶體管處于B類操作，圖25顯示了對于六放大器系統(tǒng)所得到的效率。
例如，通過依據(jù)圖26的放大器輸入網(wǎng)絡(luò)可實(shí)施所述的有效的模式。數(shù)字輸入信號IN被向前送至向量查找表40，其中單個輸入信號值產(chǎn)生輸出信號向量。然后每個向量分量被向前送至D/A轉(zhuǎn)換器42，并隨后送至各自的RF鏈44。這將數(shù)字輸入信號幅度轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)尿?qū)動信號(假定輸入信號幅度與復(fù)合放大器輸出電壓幅度成比例)。
通過使用作為單獨(dú)放大器的本發(fā)明，可以比使用具有相同數(shù)量晶體管(放大器)的多級Doherty網(wǎng)絡(luò)獲得更高的效率。這是因?yàn)椋是€中的多個峰值是平坦的(圓滑的)，而不是有尖峰的(如在典型Doherty情況中)。對于許多通常發(fā)生的信號幅度分布而言，本發(fā)明比由奇數(shù)個放大器組成的現(xiàn)有系統(tǒng)更有效。
另一個優(yōu)點(diǎn)是，可使用更均勻規(guī)格的(和可能的相同規(guī)格)晶體管，如與Doherty放大器相比。這是有用的，因?yàn)閺S商經(jīng)常只能提供有限數(shù)量可用的晶體管規(guī)格。
還可能的是，本發(fā)明用于“明顯地”代替Doherty系統(tǒng)中的一個或多個放大器。所提出的結(jié)構(gòu)是唯一能夠以高效率和充分使用資源來實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。這是有用的，因?yàn)樗鼘?dǎo)致許多可選擇的使用偶數(shù)和奇數(shù)個放大器建立有效系統(tǒng)的方法。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚，可以對本發(fā)明作出各種改進(jìn)和變化而不脫離由所附的權(quán)利要求書限定的它的范圍。
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7WO 01/91282 A2。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合功率放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一功率放大器(PA 2)，其被配置為Doherty放大器的輔助放大器并連接至輸出節(jié)點(diǎn)；以及偶數(shù)個另外的功率放大器，其被配置成與所述輸出節(jié)點(diǎn)連接的至少一個Chireix對(PA 1，1 PA 1，2)。
2.如權(quán)利要求1所述的放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于用于在復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的動態(tài)范圍的至少一部分之上通過驅(qū)動信號來驅(qū)動至少一個Chireix對的裝置(40)，該驅(qū)動信號具有與幅度相關(guān)的相位。
3.如權(quán)利要求2所述的放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于用于以異相模式在復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的動態(tài)范圍的至少一部分之上驅(qū)動至少一個Chireix對的裝置(40)。
4.如權(quán)利要求3所述的放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于用于以異相模式在復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的動態(tài)范圍的不同部分之上驅(qū)動至少兩個Chireix對的裝置(40)。
5.如權(quán)利要求3所述的放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于用于使用基本上線性的電流幅度在其對應(yīng)的復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的動態(tài)范圍的異相部分之上驅(qū)動至少一個Chireix對的裝置(40)。
6.如權(quán)利要求3所述的放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于用于使用基本上線性的電流幅度在其對應(yīng)的復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的動態(tài)范圍的異相部分之下驅(qū)動至少一個Chireix對的裝置(40)。
7.如權(quán)利要求1所述的放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于用于在預(yù)定輸出節(jié)點(diǎn)電壓幅度之下使用基本上為零的電流幅度和在預(yù)定輸出節(jié)點(diǎn)電壓幅度之上使用基本上線性的電流幅度來驅(qū)動所述第一功率放大器(PA2)的裝置(40)。
8.如前面權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)形成單獨(dú)的復(fù)合放大器。
9.如前面權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)形成包括另外的功率放大器的復(fù)合放大器的一部分。
10.一種具有復(fù)合功率放大器結(jié)構(gòu)的無線電終端，其特征在于，第一功率放大器(PA 2)，其被配置為Doherty放大器的輔助放大器并連接至輸出節(jié)點(diǎn)；以及偶數(shù)個另外的功率放大器，其被配置成與所述輸出節(jié)點(diǎn)連接的至少一個Chireix對(PA1，1 PA1，2)。
11.如權(quán)利要求10所述的無線電終端，其特征在于用于在復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的動態(tài)范圍的至少一部分之上通過驅(qū)動信號來驅(qū)動至少一個Chireix對的裝置(40)，該驅(qū)動信號具有與幅度相關(guān)的相位。
12.如權(quán)利要求11所述的無線電終端，其特征在于用于以異相模式在復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的動態(tài)范圍的至少一部分之上驅(qū)動至少一個Chireix對的裝置(40)。
13.如權(quán)利要求12所述的無線電終端，其特征在于用于以異相模式在復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的動態(tài)范圍的不同部分之上驅(qū)動至少兩個Chireix對的裝置(40)。
14.如權(quán)利要求12所述的無線電終端，其特征在于用于使用基本上線性的電流幅度在其對應(yīng)的復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的動態(tài)范圍的異相部分之上驅(qū)動至少一個Chireix對的裝置(40)。
15.如權(quán)利要求12中所述的無線電終端，其特征在于用于使用基本上線性的電流幅度在其對應(yīng)的復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的動態(tài)范圍的異相部分之下驅(qū)動至少一個Chireix對的裝置(40)。
16.如權(quán)利要求10所述的無線電終端，其特征在于用于在預(yù)定輸出節(jié)點(diǎn)電壓幅度以下使用基本上為零的電流幅度和在預(yù)定輸出節(jié)點(diǎn)電壓幅度以上使用基本上線性的電流幅度來驅(qū)動所述第一功率放大器(PA 2)的裝置(40)。
17.如前面權(quán)利要求10-16中任一項(xiàng)所述的無線電終端，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)形成單獨(dú)的復(fù)合放大器。
18.如前面權(quán)利要求10-16中任一項(xiàng)所述的無線電終端，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)形成包括另外的功率放大器的復(fù)合放大器的一部分。
19.如權(quán)利要求10-6中任一項(xiàng)所述的無線電終端，其特征在于，所述無線電終端是移動無線電終端。
20.如權(quán)利要求10-16中任一項(xiàng)所述的無線電終端，其中所述無線電終端是基站。
21.一種驅(qū)動復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的方法，該復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)包括連接至公共負(fù)載的奇數(shù)個功率放大器，所述方法的特征在于具有下列步驟在預(yù)定輸出節(jié)點(diǎn)電壓以下使用基本上為零的電流幅度和在預(yù)定輸出節(jié)點(diǎn)電壓以上使用基本上線性的電流幅度驅(qū)動第一功率放大器；以及在復(fù)合放大器的動態(tài)范圍的至少一部分之上通過具有與幅度相關(guān)的相位的驅(qū)動信號來驅(qū)動至少一個Chireix對。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于以異相模式在復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的動態(tài)范圍的至少一部分之上驅(qū)動至少一個Chireix對的步驟。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于以異相模式在復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的動態(tài)范圍的不同部分之上驅(qū)動至少兩個Chireix對的步驟。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于使用基本上線性的電流幅度在其對應(yīng)的復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的動態(tài)范圍的異相部分以上驅(qū)動至少一個Chireix對的步驟。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于使用基本上線性的電流幅度在其對應(yīng)的復(fù)合放大器結(jié)構(gòu)的動態(tài)范圍的異相部分以下驅(qū)動至少一個Chireix對的步驟。
全文摘要
一種復(fù)合功率放大器結(jié)構(gòu)，其包括被配置為Doherty放大器的輔助放大器并連接至輸出節(jié)點(diǎn)的第一功率放大器(PA N+1)，以及被配置成與同一輸出節(jié)點(diǎn)連接的至少一個Chireix對的偶數(shù)個另外的功率放大器(PA 1，1+PA 1，2...PA N，1+PA N，2)。Chireix對至少部分地以異相模式被驅(qū)動(40)，以及第一功率放大器以與Doherty放大器的輔助放大器相同的方式(40)被驅(qū)動。
文檔編號H03F3/60GK1714500SQ02830057
公開日2005年12月28日 申請日期2002年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月19日
發(fā)明者R·赫爾貝里, M·克林貝里 申請人:艾利森電話股份有限公司