[发明专利]具有改进的多尔蒂拓扑结构的功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有改进的多尔蒂(Doherty)拓扑结构的功率放大器。

背景技术

在当前的电信系统中，众所周知的是，要使用射频和微波功率放大器，对于射频和微波功率放大器而言，确保高效率从而限制输出信号的失真和非线性是非常重要的。

如令，必须被发送和放大的信号通常是具有复包络(通常经数字调制)的信号，在峰值包络功率与平均辐射热功率(bolometric power)之比方面具有高动态的特征。

对于这样的信号，为了获得线性和效率之间的良好折衷，众所周知的是使用AB类功率放大器，即，B类放大器，并对电流进行轻微极化(这样适于优化功率输出的线性)。

仅对于功率接近于放大器可输出的最大功率的未调制信号，AB类功率放大器在平均测辐射热射频功率输出与电源所吸收的功率之比方面，确保了良好的效率。对于功率小于可输出的最大功率的信号，效率大幅地降低，正如被调制(例如数字调制)有复包络的信号(具有比信号的峰值功率低很多的平均辐射热功率)，放大器的效率比最佳值低很多，导致电力消耗显著增大。

为了显著提高射频和微波放大器的效率，称为多尔蒂的放大类型被广泛地使用。

图1是具有多尔蒂拓扑结构的功率放大器的示意图。在这样的示意图中，主放大器由用“I_主”指代的电流发生器表示，而辅放大器由用“I_辅”指代的电流发生器表示。在“I_主”发生器和“Z_负载”电路负载之间置有具有特征阻抗“k”的阻抗变换器“-jk”，并且经放大的功率在“I_主”发生器和“Z_负载”电路负载之间传输。

如果电路的以下量度被提供：

K＝Rl_Opt

(其中，Rl_Opt是针对信号的峰值包络功率所测定的主放大器的最佳负载阻抗)

Z_负载＝1/2*Rl_opt

I_辅＝-j*I_主maxP_包络＝P_Outmax

(这意味着当包络的瞬时功率“P_包络”等于最大峰值包络功率值“P_Outmax”时，辅放大器的电流一定比主放大器的最大电流“I_主max”滞后90°)

I_辅＝0P_包络＝P_Outmax-6dB

(这意味着对于瞬时功率值比最大峰值包络功率值低6dB时，辅放大器被切断)

将得到以下结果：

Rl_主＝Rl_OptP_包络＝P_Outmax

(I_主＝I_主max)

(其中，Rl_主是主放大器的负载阻抗)

Rl_主＝2*Rl_OptP_包络＝P_Outmax-6dB

(I_主＝I_主max/2)

如此，在功率降低6dB的动态内，主放大器的端子处的电压“V_主”几乎恒定地保持在最大值，从而确保在经放大的信号的包络的该功率动态偏移的范围内具有最佳效率。事实上，已知AB类放大器的最大效率的条件对应于输出信号电压的最大值的条件。这意味着，通过如下方式可在高达6dB的动态内对效率进行最大化：调制电路的主分支的负载阻抗，以使得即便瞬时包络功率降低6dB，仍能确保输出电压几乎恒定地处于最大容许值。这样的特性(behavior)事实上确保了专用于放大被调制有复包络的信号的放大器的总效率大幅提高，这是利用大幅改变包络幅值的所有调制的典型特征。