專(zhuān)利名稱：高效調(diào)制射頻放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及RF放大器和信號(hào)調(diào)制。
背景技術(shù)：
在諸如蜂窩電話、尋呼機(jī)、無(wú)線調(diào)制解調(diào)器之類(lèi)的無(wú)線通信設(shè)備中，非常關(guān)心電池壽命。特別地，射頻傳送消耗大量電源。此類(lèi)功耗的作用因素是低效功率放大操作。無(wú)線通信的典型RF功率放大器的工作效率約為10％。毫無(wú)疑問(wèn)，顯著提高放大器效率的低成本技術(shù)將滿足以上迫切需要。
另外，大部分現(xiàn)代數(shù)字無(wú)線通信設(shè)備靠分組來(lái)運(yùn)行。亦即，以一個(gè)或多個(gè)短脈沖串的形式發(fā)送傳送的信息，其中發(fā)射機(jī)只在脈沖時(shí)間期間起作用，而在所有其他時(shí)間內(nèi)不起作用。因此，需要以能源有效的方式控制脈沖觸發(fā)和停止的控制，以便進(jìn)一步延長(zhǎng)電池壽命。
將功率放大器劃分為不同組甲類(lèi)、乙類(lèi)、甲乙類(lèi)等。不同種類(lèi)的功率放大器通常表示不同的偏壓條件。在設(shè)計(jì)RF功率放大器時(shí)，通常在線性和效率之間進(jìn)行折衷。不同種類(lèi)的放大器操作為設(shè)計(jì)者提供平衡以上兩個(gè)參數(shù)的不同方式。
一般而言，將功率放大器劃分為兩種不同類(lèi)別線性和非線性。線性放大器(如，甲類(lèi)放大器和乙類(lèi)推挽放大器)保持較高的線性度，導(dǎo)致在其輸出端忠實(shí)再現(xiàn)輸入信號(hào)，其原因在于輸出信號(hào)與輸入信號(hào)成線性比例。在非線性放大器(如，單端乙類(lèi)和丙類(lèi)放大器)中，輸出信號(hào)不與輸入信號(hào)成正比。輸出信號(hào)上產(chǎn)生的振幅失真使得這些放大器非常適合沒(méi)有振幅調(diào)制的信號(hào)(也稱為恒定包絡(luò)信號(hào))。
放大器輸出效率定義為RF輸出功率和輸入(DC)功率之間的比率。功率放大器效率低的主要原因是在晶體管中耗散的功率。甲類(lèi)放大器是低效的，原因在于電流連續(xù)不斷地通過(guò)設(shè)備。按照慣例，為了增加效率，通過(guò)折衷線性度而提高效率。例如，在乙類(lèi)放大器中，選擇偏壓條件以至在一半周期內(nèi)切斷輸出信號(hào)，除非第二晶體管提供另一半(推挽)。因此，波形的線性度更低。通過(guò)使用儲(chǔ)能電路或其他過(guò)濾器過(guò)濾較高和較低頻率部分，仍能使輸出波形為正弦波形。
丙類(lèi)放大器在不足50％的周期內(nèi)導(dǎo)通，以便進(jìn)一步提高效率；即，如果輸出電流的導(dǎo)通角小于180度，則該放大器稱為丙類(lèi)放大器。以上操作模式的效率大于甲類(lèi)或乙類(lèi)放大器的效率，但通常其失真大于甲類(lèi)或乙類(lèi)放大器。在丙類(lèi)放大器的情況中，當(dāng)改變輸入振幅時(shí)，輸出振幅仍然有變化。其原因在于丙類(lèi)放大器起恒定電流源作用—即使是一個(gè)短暫的電流源—而不是一個(gè)開(kāi)關(guān)。
其他種類(lèi)的放大器通過(guò)僅僅使用晶體管作為開(kāi)關(guān)，有利解決晶體管內(nèi)的功率耗散。此類(lèi)放大器的基本原理在于，理論上開(kāi)關(guān)不消耗電源，因?yàn)榛蛘吡汶妷夯蛘吡汶娏魍ㄟ^(guò)。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)的V-I乘積總是零，所以該設(shè)備中沒(méi)有耗散。戊類(lèi)功率放大器使用一個(gè)晶體管，相反，丁類(lèi)功率放大器使用兩個(gè)晶體管。
然而，實(shí)際上，開(kāi)關(guān)并不完美。(開(kāi)關(guān)具有開(kāi)/關(guān)時(shí)間和接通電阻。)有關(guān)耗散降低效率。因此，現(xiàn)有技術(shù)一直尋找修改所謂“開(kāi)關(guān)式”放大器(其中激勵(lì)晶體管作為符合操作頻率的開(kāi)關(guān)，以便在晶體管導(dǎo)通電流時(shí)將耗散的功率降到最低程度)方法，以致在瞬間轉(zhuǎn)換的非零時(shí)間間隔內(nèi)開(kāi)關(guān)電壓為零，從而降低功率耗散。戊類(lèi)放大器使用電抗輸出網(wǎng)絡(luò)，后者提供對(duì)開(kāi)關(guān)電壓進(jìn)行整形的足夠自由度，以便在開(kāi)關(guān)接通時(shí)具有零值和零斜度，從而降低開(kāi)關(guān)損耗。己類(lèi)放大器是更進(jìn)一步種類(lèi)的開(kāi)關(guān)式放大器。己類(lèi)放大器生成比普通正弦波更方的輸出波形。通過(guò)鼓勵(lì)在輸出網(wǎng)絡(luò)中生成齊階諧波(即，x3、x5、x7等)并抑制生成偶階諧波(即，x2、x4等)，實(shí)現(xiàn)輸出波形的“方脈沖形成”。
圖1表示蜂窩電話中使用的已知功率放大器的示例。例如，GSM蜂窩電話必須能夠在30dBm的范圍內(nèi)規(guī)劃輸出功率。另外，必須準(zhǔn)確控制發(fā)射機(jī)的接通和斷開(kāi)開(kāi)工文件，以防止亂真發(fā)射。經(jīng)由DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)，由蜂窩電話的DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)直接控制功率。在圖1的電路中，信號(hào)GCTL驅(qū)動(dòng)外部AGC放大器的柵極，后者將RF電平控制到功率放大器。經(jīng)由定向耦合器反饋部分輸出，用于閉環(huán)操作。圖1的放大器不是開(kāi)關(guān)式放大器。相反地，該放大器最多為進(jìn)入飽和狀態(tài)的甲乙類(lèi)放大器，因此證明比較低的效率。
圖2表示美國(guó)專(zhuān)利3,919,656說(shuō)明的已知戊類(lèi)功率放大器的示例。通過(guò)導(dǎo)線1將RF輸入信號(hào)連接到激勵(lì)器2，后者經(jīng)由通過(guò)導(dǎo)線3連接的信號(hào)控制有源設(shè)備5。實(shí)質(zhì)上，當(dāng)激勵(lì)器2適當(dāng)激勵(lì)時(shí)，有源設(shè)備5作為一個(gè)開(kāi)關(guān)。因此，將有源設(shè)備的輸出端口表示為一個(gè)單刀單擲開(kāi)關(guān)6。通過(guò)開(kāi)關(guān)6串聯(lián)組合DC電源7和負(fù)載網(wǎng)絡(luò)9的輸入端口。將負(fù)載網(wǎng)絡(luò)9的輸出端口連接到負(fù)載11。當(dāng)按照所需的AC輸出頻率循環(huán)操作開(kāi)關(guān)6時(shí)，以開(kāi)關(guān)頻度(以及其諧波)，將電源7的DC能量轉(zhuǎn)換為AC能量。
申請(qǐng)人為Sokal等的美國(guó)專(zhuān)利3,900,823說(shuō)明了戊類(lèi)功率放大器的反饋控制。需要反饋控制暗示不能完全表現(xiàn)設(shè)備特性，這又暗示實(shí)際背離作為真正開(kāi)關(guān)的設(shè)備的操作。Sokal還說(shuō)明了低功率電平的饋通功率控制問(wèn)題的解決方案通過(guò)應(yīng)用負(fù)反饋技術(shù)控制RF輸入驅(qū)動(dòng)等級(jí)，以控制一個(gè)或多個(gè)前級(jí)DC電源。需要反饋控制向系統(tǒng)強(qiáng)加反饋環(huán)動(dòng)力約束。
盡管理論上圖2的戊類(lèi)放大器結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率，但具有以下缺點(diǎn)，由于阻尼振蕩而在有源設(shè)備的輸出端出現(xiàn)較大的電壓擺動(dòng)。通常超過(guò)電源電壓3倍的較大電壓擺動(dòng)，妨礙與某些具有低擊穿電壓的有源設(shè)備一起使用戊類(lèi)電路。
為了操作開(kāi)關(guān)式的RF功率放大器，必須以重復(fù)方式在切斷和全接通然后回到切斷之間快速激勵(lì)輸出晶體管。實(shí)現(xiàn)上述快速切換的裝置依賴于所選擇的作為開(kāi)關(guān)的晶體管的種類(lèi)對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，控制參數(shù)為柵極源電壓，而對(duì)于雙極晶體管(BJF、HBT)，控制參數(shù)為基發(fā)射極電流。
然而，圖2的RF放大器中的激勵(lì)電路通常包括由調(diào)諧(諧振)電路組成的匹配網(wǎng)絡(luò)。參照?qǐng)D3，在此類(lèi)結(jié)構(gòu)中，將RF輸入信號(hào)連接到激勵(lì)放大器，通常為甲類(lèi)操作。通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)，將激勵(lì)放大器的輸出信號(hào)連接到開(kāi)關(guān)晶體管(在圖3中表示為FET)的控制終端。如同圖2所示的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)一樣，正確設(shè)計(jì)匹配網(wǎng)絡(luò)并不是一件易事。
各種設(shè)計(jì)試圖改善基礎(chǔ)戊類(lèi)放大器的不同方面。在作者為Choi等的基于物理分析模型的FET戊類(lèi)功率放大器—最大PAE設(shè)計(jì)，IEEE微波理論和技術(shù)學(xué)報(bào)，Vol.47，No.9，1999年9月中說(shuō)明了一種設(shè)計(jì)。該文獻(xiàn)模擬各種非理想的FET開(kāi)關(guān)，并且根據(jù)該模型，導(dǎo)出有利于戊類(lèi)放大器設(shè)計(jì)的結(jié)論。對(duì)于選定的拓?fù)?，在低?.5W的功率電平出現(xiàn)約為55％的最大功率增加效率(PAE)。在較高功率，自動(dòng)減少PAE，如，在2W時(shí)小于30％。
根據(jù)實(shí)現(xiàn)最終輸出功率所需的實(shí)現(xiàn)最后26dB增益所需的DC電源的數(shù)值，設(shè)置功率放大器的PAE。(在以上增益電平，通過(guò)激勵(lì)信號(hào)輸入到放大器的電源—不易測(cè)量—變?yōu)槲⒉蛔愕馈?目前，還沒(méi)有能夠以射頻生成1W以上輸出功率并且提供至少26dB功率增益的已知放大設(shè)備。因此，必須在末級(jí)前提供一個(gè)或多個(gè)放大器，并且在確定全部PAE時(shí)必須包括此類(lèi)放大器消耗的DC電源。
常規(guī)設(shè)計(jì)實(shí)踐要求放大器設(shè)計(jì)者阻抗匹配激勵(lì)器輸出阻抗與最終開(kāi)關(guān)晶體管的輸入阻抗。因此，根據(jù)進(jìn)入開(kāi)關(guān)部件的(通常較低的)有效深入阻抗所需的電壓(或電流)，定義激勵(lì)級(jí)需要的實(shí)際輸出功率。開(kāi)關(guān)晶體管的輸入的具體阻抗是不可定義的，原因在于阻抗概念需要線性操作，而開(kāi)關(guān)是非線性的。
圖4表示根據(jù)上述方法的RF放大器電路的示例。由電感L1、旁路電容C和電感L2組成的級(jí)間“T部分”，用于將激勵(lì)級(jí)匹配到假定的50歐姆負(fù)載(即，末級(jí))。
以上常規(guī)實(shí)踐將激勵(lì)級(jí)和末級(jí)之間的級(jí)間視為線性網(wǎng)絡(luò)，而級(jí)間并不是線性網(wǎng)絡(luò)。另外，常規(guī)實(shí)踐最大化激勵(lì)級(jí)和末級(jí)之間的功率傳送(阻抗匹配的必然結(jié)果)。因此，例如，為了生成作為開(kāi)關(guān)晶體管的FET所需的激勵(lì)電壓，激勵(lì)器必須生成同相電流，以便提供阻抗匹配的功率。
圖5表示常規(guī)RF功率放大器電路的另一個(gè)示例。該電路使用“諧振級(jí)間匹配”，其中使用耦合電容Ccpl連接激勵(lì)級(jí)和末級(jí)。
如上所述，常規(guī)實(shí)踐不能實(shí)現(xiàn)高輸出功率(如，2W，在操作蜂窩電話時(shí)通常遇到的功率電平)的高PAE。因此，需要在較高輸出功率體現(xiàn)高PAE的RF功率放大器。
將放大器的輸出功率的控制一貫表示為需要反饋結(jié)構(gòu)，正如Sokal等舉例說(shuō)明以及以下美國(guó)專(zhuān)利舉例說(shuō)明的那樣4,392,245，4,992,753，5,095,542，5,193,223，5,369,789，5,697,072和5,697,074。諸如美國(guó)專(zhuān)利5,276,912之類(lèi)的其他參考說(shuō)明通過(guò)改變放大器負(fù)載電路控制放大器輸出功率。
有關(guān)問(wèn)題是生成調(diào)制信號(hào)，如，調(diào)幅(AM)信號(hào)，正交幅度調(diào)制信號(hào)(QAM)等。圖6表示一種已知的IQ調(diào)制結(jié)構(gòu)。將數(shù)據(jù)信號(hào)應(yīng)用于生成I和Q信號(hào)的正交相位調(diào)制編碼器。將I和Q信號(hào)連同載波信號(hào)一起應(yīng)用于正交相位調(diào)制器。載波信號(hào)是由載波生成塊生成的，其中將調(diào)諧信號(hào)應(yīng)用于載波生成塊。
通常，將正交相位調(diào)制器的輸出信號(hào)應(yīng)用于根據(jù)功率控制信號(hào)控制的可變衰減器。在其他實(shí)例中，通過(guò)改變放大器的增益實(shí)現(xiàn)功率控制。其實(shí)現(xiàn)方式是調(diào)整線性放大器內(nèi)晶體管的偏壓，利用晶體管的跨導(dǎo)隨應(yīng)用的偏壓條件改變的作用。由于放大器增益與晶體管的跨導(dǎo)具有牢固關(guān)系，從而改變跨導(dǎo)將有效改變放大器增益。利用線性功率放大器放大生成的信號(hào)，然后應(yīng)用于天線。
在AM信號(hào)中，使得信號(hào)的振幅與諸如聲音之類(lèi)的信息信號(hào)的振幅大致成比例。本質(zhì)上，諸如聲音之類(lèi)的信息信號(hào)并不是不變的，因此，生成的AM信號(hào)在輸出功率中不斷變化。
早在70年前，諸如Terman的無(wú)線電工程師手冊(cè)(McGraw-Hill，1943)之類(lèi)的教科書(shū)，就已經(jīng)說(shuō)明了使用非線性丙類(lèi)放大器生成準(zhǔn)確調(diào)幅信號(hào)的方法，稱為“板極調(diào)制”。在典型的板極調(diào)制技術(shù)中，將調(diào)制放大器的輸出電流，線性添加到放大元件(真空管或晶體管)的電源電流中，以至根據(jù)調(diào)幅自平均值增加和降低電源電流?？勺冸娏魇沟梅糯笤系囊曉陔娫措妷喊凑辗糯笤碾娮?或電導(dǎo))特性改變。
通過(guò)直接控制輸出功率，只要可變操作電壓的頻帶寬度足夠，就能實(shí)現(xiàn)AM。亦即，相對(duì)于放大器操作電壓，上述非線性放大器實(shí)際上作為線性放大器。在激勵(lì)非線性功率放大器時(shí)可隨時(shí)改變操作電壓的意義上，可以對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行線性調(diào)幅。
實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的其他方法包括合并許多恒定的振幅信號(hào)，如美國(guó)專(zhuān)利4,580,111、4,804,931、5,268,658和5,652,546所述。美國(guó)專(zhuān)利4,896,372、3,506,920、3,588,744和3,413,570說(shuō)明了使用脈沖寬度調(diào)制改變功率放大器之電源的調(diào)幅方法。然而，上述專(zhuān)利認(rèn)為開(kāi)關(guān)式DC-DC轉(zhuǎn)換器的操作頻率必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于最高調(diào)制頻率。
申請(qǐng)人為Nakanishi等的美國(guó)專(zhuān)利5,126,688解決了非線性放大器的控制，其方法是與功率放大器的操作電壓的周期調(diào)整結(jié)合，使用反饋控制設(shè)置實(shí)際放大器輸出功率，以提高功率放大器的操作效率。該技術(shù)的主要缺點(diǎn)是需要附加控制電路來(lái)讀出所需的輸出功率，以確定是(否)需要改變功率放大器操作電壓以提高效率，并且如果需要改變則進(jìn)行改變。附加控制電路增加了放大器的復(fù)雜性，并且除放大器本身的功率之外還要吸收附加功率，這直接降低了總體效率。
另一個(gè)挑戰(zhàn)是生成具有所需調(diào)制特性的高功率RF信號(hào)。根據(jù)申請(qǐng)人為Swanson的美國(guó)專(zhuān)利4,580,111的說(shuō)明實(shí)現(xiàn)本目的，其方法是使用許多提供固定輸出功率的高效率放大器，其中順序啟用這些放大器，以致所需的總組合輸出功率為各固定功率放大器的輸出功率的倍數(shù)。在該方法中，總體輸出功率中的最小變化實(shí)質(zhì)上等于眾多高效率放大器的每個(gè)放大器的功率。如果需要精細(xì)分級(jí)的輸出功率解析度，則可能需要大量高效率的放大器。這無(wú)疑增加了放大器的總體復(fù)雜性。
美國(guó)專(zhuān)利5,321,799執(zhí)行極化調(diào)制，但是限于完全響應(yīng)數(shù)據(jù)信號(hào)，并且不能與高功率、高效率放大器一起使用。該專(zhuān)利認(rèn)為通過(guò)遵循相位調(diào)制的數(shù)字放大器和信號(hào)生成階段，對(duì)調(diào)制信號(hào)的施加振幅變化。然后通過(guò)使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成最后的模擬信號(hào)。正如技術(shù)發(fā)展水平中說(shuō)明的那樣，由于信號(hào)振幅變化可能?chē)?yán)重失真，所以帶有振幅變化中實(shí)現(xiàn)的信息的信號(hào)與高效率、非線性功率放大器不相容。
盡管上述參考文獻(xiàn)的技術(shù)說(shuō)明，仍然有許多問(wèn)題需要解決，包括在不需要高效率開(kāi)關(guān)式操作的情況下(與調(diào)頻相比)，通過(guò)使用開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器改變操作電壓實(shí)現(xiàn)RF信號(hào)的高效率調(diào)幅；利用調(diào)制控制統(tǒng)一功率電平和脈沖串控制；啟用任何所需特征(振幅和/或相位)的高效調(diào)制；以及在不犧牲功效的情況下啟用高功率操作(如，用于基站的操作)。

發(fā)明內(nèi)容
一般而言，本發(fā)明以實(shí)現(xiàn)所需控制或調(diào)制的方式，提供高效(如，硬限制或開(kāi)關(guān)式)功率放大器的高效功率控制。與現(xiàn)有技術(shù)不同，不需要反饋控制。亦即，可以在不連續(xù)或頻繁反饋調(diào)整的情況下，控制放大器。在一種實(shí)施方式中，通過(guò)仿效帶有有源線性調(diào)節(jié)器的開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器，降低所需調(diào)制的最高頻率和開(kāi)關(guān)式DC-DC轉(zhuǎn)換器的操作頻率之間的差值。設(shè)計(jì)線性調(diào)節(jié)器的目的是利用足夠帶寬控制功率放大器的操作電壓，以如實(shí)再現(xiàn)所需的調(diào)幅波形。設(shè)計(jì)線性調(diào)節(jié)器的另一個(gè)目的是抑制輸入電壓的變化，即使響應(yīng)應(yīng)用的控制信號(hào)改變輸出電壓。即使輸入電壓的變化與受控輸出的變化相當(dāng)甚至比其頻率更低，上述抑制也將出現(xiàn)。通過(guò)直接或有效改變功率放大器的操作電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)幅，同時(shí)將最初的DC電源高效轉(zhuǎn)換為調(diào)幅輸出信號(hào)。通過(guò)允許開(kāi)關(guān)式DC-DC轉(zhuǎn)換器改變其輸出電壓，以致以相對(duì)恒定的低電平保持通過(guò)線性調(diào)節(jié)器的電壓降落，提高效率?？梢越M合時(shí)分多址(TDMA)突發(fā)能力與有效調(diào)幅，其前提是控制上述組合功能。另外，可以在相同結(jié)構(gòu)內(nèi)，組合與某個(gè)通信系統(tǒng)的命令一致的平均輸出功率電平的變化。
可以將高效調(diào)幅結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到任意調(diào)制。以極化方式，即，以無(wú)需正交調(diào)制的方式，執(zhí)行調(diào)制。
可以將許多單個(gè)的高效分級(jí)組合起來(lái)，形成高功率、高效調(diào)制結(jié)構(gòu)。


通過(guò)連同附圖閱讀以下說(shuō)明，將更加理解本發(fā)明。其中附圖為圖1是通過(guò)改變電源電壓控制輸出功率的已知功率放大器的框圖；圖2是已知單端開(kāi)關(guān)式RF放大器的簡(jiǎn)化框圖；圖3是已知RF放大器的一部分的示意圖；圖4是常規(guī)RF功率放大器電路的示意圖；
圖5是另一種常規(guī)RF功率放大器電路的示意圖；圖6是已知IQ調(diào)制結(jié)構(gòu)的框圖；圖7是根據(jù)某種典型實(shí)施方式的功率放大器的框圖；圖8比較作為操作電壓之函數(shù)的飽和甲乙類(lèi)功率放大器輸出功率與數(shù)學(xué)模型 圖9是一種波形，表示一種實(shí)施方式的操作；圖10是一種波形，表示另一種實(shí)施方式的操作；圖11是一種波形，表示突發(fā)AM操作；圖12是一種波形，表示帶有功率電平控制的突發(fā)AM操作；圖13是使用高效放大器的極化調(diào)制結(jié)構(gòu)的框圖；圖14是第一高功率、高效調(diào)幅RF放大器的框圖；圖15是一種波形，表示圖14的放大器的操作；圖16是第二高功率、高效調(diào)幅RF放大器的框圖；圖17是一種波形，表示圖16的放大器的操作；圖18是根據(jù)某一實(shí)施方式的RF開(kāi)關(guān)式放大器的框圖；圖19是根據(jù)本發(fā)明之某一實(shí)施方式的RF開(kāi)關(guān)式放大器的一部分的示意圖；圖20是圖19的RF開(kāi)關(guān)式放大器中使用的合適負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的示意圖；圖21是一種波形，表示圖19的RF開(kāi)關(guān)式放大器的輸入電壓和有關(guān)波形；圖22是一種波形，表示圖19的開(kāi)關(guān)晶體管基極和集電極電流波形；圖23是一種波形，表示圖19的RF開(kāi)關(guān)式放大器的輸出電壓；圖24是根據(jù)另一種實(shí)施方式的RF開(kāi)關(guān)式放大器的一部分的示意圖；圖25是一種波形，表示圖24的RF開(kāi)關(guān)式放大器的輸入電壓和有關(guān)波形；圖26是一種波形，表示圖24的激勵(lì)晶體管的集電極電流波形；圖27是一種波形，表示圖24的開(kāi)關(guān)晶體管的柵極電壓波形；圖28是根據(jù)另一種實(shí)施方式的RF功率放大器電路的示意圖；以及圖29是一種波形，表示圖28的放大器電路的所選節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)的波形。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照?qǐng)D7，該圖為克服許多上述缺點(diǎn)的功率放大器的示意圖。開(kāi)關(guān)式(或飽和)非線性放大器已向其應(yīng)用功率控制級(jí)生成的電壓。在典型實(shí)施方式中，實(shí)質(zhì)上根據(jù)公式V=PR]]>控制應(yīng)用于非線性放大器的電壓V，其中P是放大器的所需功率輸出電平，而R是放大器的電阻。在開(kāi)關(guān)式或飽和放大器的情況中，可以將電阻R視為常數(shù)。功率控制級(jí)接收DC輸入電壓(例如，從電池接收)，并接收一個(gè)功率電平控制信號(hào)，然后根據(jù)上式輸出電壓。
利用圖8說(shuō)明通過(guò)獨(dú)自改變操作電壓在一個(gè)寬動(dòng)態(tài)范圍上直接控制非線性放大器的輸出功率的效率，其中圖8比較作為操作電壓之函數(shù)的飽和甲乙類(lèi)功率放大器輸出功率與數(shù)學(xué)模型 再次參照?qǐng)D7，該圖表示根據(jù)典型實(shí)施方式的功率控制電路。功率控制電路包括一個(gè)開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器級(jí)，和一個(gè)以串聯(lián)方式連接的線性調(diào)節(jié)器級(jí)。開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器可以為一個(gè)丁類(lèi)設(shè)備，例如，或者為開(kāi)關(guān)式電源(SMPS)。開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器有效地將DC電壓逐步降低到略微超過(guò)但接近所需功率放大器操作電壓電平的電壓。亦即，開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器執(zhí)行有效的總功率電平控制。開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器可以提供也可以不提供定義所需功率包絡(luò)之斜面部分的足夠精密控制。
線性調(diào)節(jié)器在開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器的輸出上執(zhí)行過(guò)濾功能。亦即，線性調(diào)節(jié)器在TDMA脈沖串期間控制精確的功率包絡(luò)調(diào)制。正如開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器那樣，線性調(diào)節(jié)器可以提供也可以不提供電平控制能力。
請(qǐng)注意，取決于開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器和線性調(diào)節(jié)器的速度，可以使用功率控制電路執(zhí)行功率控制和/或調(diào)幅。將控制信號(hào)PL/BURST/MOD輸入到控制塊中，后者輸出開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器和線性調(diào)節(jié)器的合適模擬或數(shù)字控制信號(hào)?？梢砸訰OM(只讀存儲(chǔ)器)和/或DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)的方式，實(shí)現(xiàn)該控制塊。
參照?qǐng)D9，圖9是一種波形，表示根據(jù)本發(fā)明之一種實(shí)施方式的操作。波形A和B分別表示應(yīng)用于開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器和線性調(diào)節(jié)器的模擬控制信號(hào)。波形V1和V2分別表示開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器和線性調(diào)節(jié)器的輸出電壓。假定開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器具有比較大的時(shí)間常數(shù)，即，傾斜較慢。當(dāng)將控制信號(hào)A設(shè)置為第一非零功率電平時(shí)，電壓V1將朝相稱電壓方向傾斜。由于轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)式特性，電壓V1可能具有大量波動(dòng)。達(dá)到所需電壓所需要的時(shí)間量定義喚醒周期。當(dāng)?shù)竭_(dá)該電壓時(shí)，提高或降低控制信號(hào)B，以定義一連串的傳送脈沖串。當(dāng)提高控制信號(hào)B時(shí)，電壓V2朝相稱電壓方向向上快速傾斜，當(dāng)降低控制信號(hào)B時(shí)，電壓V2向下快速傾斜。在一連串脈沖串后(在本例中)，提高控制信號(hào)A，以便增加后繼脈沖串的RF功率電平。在等待期間，控制信號(hào)B保持低。當(dāng)電壓V1到達(dá)特定電平時(shí)，提高或降低控制信號(hào)B以定義其他傳送脈沖串。
以電壓V1上疊加的虛線方式表示電壓V2。請(qǐng)注意，電壓V2稍稍小于電壓V1，大于電壓V1上的負(fù)峰值波動(dòng)。線性調(diào)節(jié)器的輸入電壓V1和線性調(diào)節(jié)器的輸出電壓V2之間的微小差別，使得所有高效操作成為可能。
參照?qǐng)D10，根據(jù)不同實(shí)施方式，假定開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器具有較短時(shí)間常數(shù)；即，傾斜較快。因此，當(dāng)提高控制信號(hào)A時(shí)，電壓V1朝相稱電壓方向快速傾斜。當(dāng)提高控制信號(hào)B時(shí)，傾斜電壓V2。提高控制信號(hào)B與提高控制信號(hào)A之間的時(shí)間差定義喚醒時(shí)間，喚醒時(shí)間可以很短，從而最大化睡眠時(shí)間，并且最大限度地節(jié)省電源。當(dāng)結(jié)束傳送脈沖串時(shí)，降低控制信號(hào)B，此后降低控制信號(hào)A。按照?qǐng)D9的示例，在圖10中，當(dāng)下次提高控制信號(hào)A時(shí)，它定義更高的功率電平。此外，在電壓V1上以虛線方式疊加電壓V2。
除功率和脈沖串控制之外，可以使用相同結(jié)構(gòu)執(zhí)行調(diào)幅。參照?qǐng)D11，該圖是一種波形，表示突發(fā)AM操作。以實(shí)線方式表示開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換的輸出信號(hào)。在脈沖串開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)向上傾斜。作為選擇，正如虛線所示，當(dāng)線性調(diào)節(jié)器在輸出信號(hào)上實(shí)現(xiàn)所有調(diào)幅時(shí)，開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器朝固定電平方向向上傾斜。從效率觀點(diǎn)看，最好開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)調(diào)幅，從而生成輸出信號(hào)，當(dāng)忽略噪聲時(shí)，該信號(hào)比所需輸出信號(hào)高微小固定偏移ΔV。線性調(diào)節(jié)器去除開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)中的噪聲，實(shí)際上使該信號(hào)降低ΔV。圖11中的虛線表示線性調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)。當(dāng)結(jié)束脈沖串時(shí)，該信號(hào)向下傾斜。
保持輸出信號(hào)功率電平(信號(hào)的平均功率)的完全控制。例如，如圖12所示，后繼脈沖串可能在較高功率電平出現(xiàn)。與圖11相比，在圖12中，所有信號(hào)適當(dāng)改變比例，以實(shí)現(xiàn)更高的平均功率輸出。
盡管在相位調(diào)制信號(hào)上加入調(diào)幅使得信號(hào)生成方法復(fù)雜化，但是，通常這正是我們需要的，因?yàn)榇诵盘?hào)通常比單純的相位調(diào)制信號(hào)占用更少帶寬。參照?qǐng)D13，該圖是使用迄今為止所述類(lèi)型的高效放大器的極化調(diào)制結(jié)構(gòu)的框圖。此極化調(diào)制結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)任意所需調(diào)制。將數(shù)據(jù)信號(hào)應(yīng)用于調(diào)制編碼器，后者生成振幅和相位信號(hào)。將相位信號(hào)應(yīng)用于支持相位調(diào)制的載波生成塊，同時(shí)向該生成塊應(yīng)用調(diào)諧信號(hào)。然后，用上述類(lèi)型的非線性功率放大器放大生成的信號(hào)。同時(shí)，將振幅信號(hào)應(yīng)用于振幅激勵(lì)器。振幅激勵(lì)器還接收功率控制信號(hào)。作為響應(yīng)，振幅激勵(lì)器生成應(yīng)用于非線性放大器的操作電壓。正如圖13中的虛線所示，按照上面說(shuō)明的圖7所示的相同方式，實(shí)現(xiàn)振幅激勵(lì)器和非線性放大器。
除其他應(yīng)用外，迄今為止所述的調(diào)制結(jié)構(gòu)適合于在蜂窩電話手機(jī)中使用。蜂窩電話基站中也需要高效RF信號(hào)生成。然而，基站比手機(jī)的工作功率更高。以下結(jié)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)高功率、高效RF信號(hào)生成。
參照?qǐng)D14，第一高功率、高效調(diào)幅RF放大器包括許多開(kāi)關(guān)式功率放大器(SMPA)塊，例如，以圖7所示方式實(shí)現(xiàn)每個(gè)放大器塊。將需要放大的RF信號(hào)輸入到所有公用SMPA塊中。振幅激勵(lì)器響應(yīng)振幅輸入信號(hào)，生成各SMPA塊的獨(dú)立控制信號(hào)。累加所有SMPA塊的輸出信號(hào)，以生成單個(gè)合成輸出信號(hào)。
通過(guò)參照?qǐng)D15，可以理解圖14的放大器的操作方式。左邊表示應(yīng)用于振幅激勵(lì)器的全部振幅信號(hào)。右邊表示振幅激勵(lì)器輸出的應(yīng)用于各SMPA的SMPA激勵(lì)信號(hào)。請(qǐng)注意，各激勵(lì)信號(hào)之和生成全部振幅信號(hào)。
圖16表示高功率放大器的另一種實(shí)施方式。在本實(shí)施方式中，生成一個(gè)公用激勵(lì)信號(hào)，然后應(yīng)用于各SMPA，而不是分別生成各SMPA的激勵(lì)信號(hào)。在指定時(shí)刻，使公用激勵(lì)信號(hào)的值為應(yīng)用于振幅激勵(lì)器的全部振幅信號(hào)的N分之一，其中N為SMPA的數(shù)目。圖17表示其結(jié)果。此外，請(qǐng)注意，各激勵(lì)信號(hào)之和生成全部振幅信號(hào)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D18，該圖表示根據(jù)另一種實(shí)施方式的RF開(kāi)關(guān)式放大器的框圖。將RF輸入信號(hào)應(yīng)用于非電抗激勵(lì)電路。將激勵(lì)電路連接到有源設(shè)備，以激勵(lì)有源設(shè)備開(kāi)關(guān)。將有源設(shè)備開(kāi)關(guān)連接到負(fù)載網(wǎng)絡(luò)，后者生成應(yīng)用于負(fù)載(如，天線)的RF輸出信號(hào)。最好通過(guò)串聯(lián)組合開(kāi)關(guān)式電源和線性調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)的快速時(shí)變電源，將電源應(yīng)用于有源設(shè)備開(kāi)關(guān)，以便改變有源設(shè)備開(kāi)關(guān)的操作電壓。通過(guò)以可控方式改變操作電壓，可以按上述方式實(shí)現(xiàn)功率控制、脈沖串控制和調(diào)制。
有源設(shè)備開(kāi)關(guān)可以為雙極晶體管或FET晶體管。參照?qǐng)D19，該圖為RF開(kāi)關(guān)式放大器的一部分的框圖，其中有源設(shè)備開(kāi)關(guān)為具有集電極、發(fā)射極和基極引出端的雙極晶體管。通過(guò)RF扼流圈L，將雙極晶體管N1的集電極連接到操作電壓VPA，并且連接到輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。將雙極晶體管N1的發(fā)射極連接到電路(AC)接地。
以達(dá)林頓方式將雙極晶體管N1的基極連接到另一個(gè)雙極晶體管N2(激勵(lì)晶體管)的發(fā)射極。將激勵(lì)晶體管N2的集電極連接到操作電壓VDRIVER，并且連接到旁路電容。與激勵(lì)晶體管N2關(guān)聯(lián)的是一個(gè)偏壓網(wǎng)絡(luò)，在所示實(shí)施方式中，該網(wǎng)絡(luò)包括三個(gè)電阻，R1、R2和R3。將電阻R1從激勵(lì)晶體管的發(fā)射極連接到電路接地。將電阻R2從激勵(lì)晶體管的基極連接到接地。將電阻R3從激勵(lì)晶體管N2的基極連接到VDRIVER。通過(guò)DC隔離電容Cin，將RF輸入信號(hào)應(yīng)用于激勵(lì)晶體管的基極。
參照?qǐng)D20，輸出網(wǎng)絡(luò)可以采取阻抗匹配傳輸線TL和電容Cout的形式。
正如圖21的波形1所示，RF輸入電壓信號(hào)為正弦波。如波形2所示，向上水平移動(dòng)輸入電壓，以生成激勵(lì)晶體管N2的基極的電壓。如波形3所示，激勵(lì)晶體管N2的發(fā)射極電壓下降一個(gè)Vbe，并且應(yīng)用于開(kāi)關(guān)晶體管N1的基極。在正半周期開(kāi)始時(shí)，激勵(lì)晶體管N2作為發(fā)射極輸出放大器，其輸出(發(fā)射)電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于開(kāi)關(guān)晶體管N1的接通電壓，因此開(kāi)關(guān)晶體管N1斷開(kāi)。如圖22所示，當(dāng)信號(hào)增加時(shí)，激勵(lì)晶體管N2接通開(kāi)關(guān)晶體管N1，并使其飽和。如圖23所示，電流通過(guò)RF扼流圈L和開(kāi)關(guān)晶體管N1，并且當(dāng)電容Cout放電時(shí)，輸出電壓降低。當(dāng)接近正半周期的末端時(shí)，激勵(lì)晶體管N2的輸出電壓降到開(kāi)關(guān)晶體管N1的接通電壓以下，從而允許其斷開(kāi)。選擇電阻R1的值以至開(kāi)關(guān)晶體管N1快速斷開(kāi)。電流繼續(xù)通過(guò)RF扼流圈L，對(duì)電容Cout充電，并使輸出電壓提高。
參照?qǐng)D24，該圖為RF開(kāi)關(guān)式放大器的一部分的示意圖，其中有源設(shè)備開(kāi)關(guān)為具有漏極、源極和柵極引出線的FET晶體管(MESFET、JFET、PHEMT等)。通過(guò)RF扼流圈L1，將FET晶體管M1的漏極連接到操作電壓VPA，同時(shí)連接到輸出網(wǎng)絡(luò)。將FET晶體管的源極連接到電路(AC)接地。
通過(guò)一個(gè)大值電阻R1，從電源-VB偏壓FET晶體管的柵極，并且通過(guò)一個(gè)DC隔離電容C1，將其連接到以推挽結(jié)構(gòu)連接的一對(duì)雙極晶體管(激勵(lì)晶體管)。激勵(lì)晶體管包括一個(gè)NPN晶體管N1和一個(gè)PNP晶體管P1。將NPN激勵(lì)晶體管N1的集電極連接到操作電壓VCC，同時(shí)連接到旁路電容。將PNP激勵(lì)晶體管的集電極連接到負(fù)參考電壓-VB，同時(shí)連接到旁路電容。以公用方式連接激勵(lì)晶體管的基極。大值電阻R2和R3連接各電源干線的公共節(jié)點(diǎn)。
以公用基極配置方式連接NPN雙極晶體管N2。通過(guò)電阻R4，將雙極晶體管的發(fā)射極連接到-VB，并且通過(guò)電容C3將其連接到RF輸入信號(hào)。通過(guò)電感L2，將雙極晶體管的集電極連接到VCC，同時(shí)連接到旁路電容。
參照?qǐng)D25，該圖表示圖24的電路的輸入電壓波形1-4。將輸入電壓1向下水平移動(dòng)一個(gè)Vbe(生成電壓2)，然后應(yīng)用于雙極晶體管N2的發(fā)射極。利用電感L2的影響，在雙極晶體管N2集電極生成一個(gè)大電壓擺動(dòng)3。向下水平移動(dòng)以上電壓擺動(dòng)，以生成電壓4，將電壓4應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)N的激勵(lì)晶體管的基極。操作中，在正半周期期間，最初斷開(kāi)雙極晶體管N2。電流通過(guò)電感L2進(jìn)入與晶體管對(duì)的基極相連的電容C2，從而使得NPN晶體管N1接通，并使得PNP晶體管P1斷開(kāi)(圖26)。從VCC電源對(duì)DC隔離電容C1充電，從而增加FET M1的柵極勢(shì)能，使其接通(圖27)。在負(fù)半周期期間，接通雙極晶體管N2。電流通過(guò)電感L2，通過(guò)晶體管N2，到達(dá)-VB干線。電流流出PNP晶體管P1的基極，接通該晶體管。DC隔離電容C1放電，從而降低FET M1的柵極勢(shì)能，使其斷開(kāi)。輸出網(wǎng)絡(luò)按照上述相同方式運(yùn)行。
現(xiàn)在參照?qǐng)D28，該圖表示上述激勵(lì)電路可以使用的多級(jí)RF功率放大電路的示意圖。使用由電容C1、電容C2和電感L1組成的輸入匹配電路，設(shè)置該電路的輸入阻抗。將激勵(lì)級(jí)M1和末級(jí)M2表示為FET，盡管在其他實(shí)施方式中可以使用雙極晶體管。通過(guò)包含RF扼流圈L3和電容C5的漏極偏壓網(wǎng)絡(luò)，將FET M1的漏電極連接到電源電壓Vd1。同樣，通過(guò)包含RF扼流圈L7和電容C10的漏極偏壓網(wǎng)絡(luò)，將FET M2的漏電極連接到電源電壓Vd2。
分別為級(jí)M1和M2提供柵極偏壓網(wǎng)絡(luò)。在級(jí)M1的情況中，柵極偏壓網(wǎng)絡(luò)由在公共節(jié)點(diǎn)連接到電壓Vg1的電感L2、電容C3和電容C4組成。在級(jí)M2的情況中，柵極偏壓網(wǎng)絡(luò)由在公共節(jié)點(diǎn)連接到電壓Vg2的電感L6、電容C8和電容C9組成。
利用由電感L4和電容C6組成的串聯(lián)LC組合表示的級(jí)間網(wǎng)絡(luò)，連接激勵(lì)級(jí)和末級(jí)，選擇電感和電容值以便提供具有末級(jí)M2之輸入電容量的諧振。將末級(jí)M2連接到常規(guī)負(fù)載網(wǎng)絡(luò)，在本例中表示為由電容C11、電感L8和電容C12組成CLC Pi網(wǎng)絡(luò)，其中根據(jù)末級(jí)M2的特性，確定電容和電感值。
在典型實(shí)施方式中，元件值如下所示，其中電容的測(cè)量單位是微微法拉，而電感的測(cè)量單位是毫微亨利表1

在圖28的示例中，以開(kāi)關(guān)模式操作激勵(lì)級(jí)(級(jí)M1)。參照?qǐng)D29，該圖表示節(jié)點(diǎn)A的級(jí)M2的輸入電壓、節(jié)點(diǎn)B的級(jí)M1的漏極電壓、節(jié)點(diǎn)C的級(jí)M2的漏極電壓、節(jié)點(diǎn)D的級(jí)M1的漏極電流和節(jié)點(diǎn)E的級(jí)M2的漏極電流的波形。請(qǐng)注意，末級(jí)—級(jí)M2(波形A)—的柵極電壓的峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)設(shè)計(jì)中的電壓。在上述結(jié)構(gòu)中，開(kāi)關(guān)的輸入驅(qū)動(dòng)足夠高，從而可以降低激勵(lì)級(jí)的操作電壓。這樣，可以進(jìn)一步降低激勵(lì)器的DC電源，從而提高PAE。
通過(guò)使用所示類(lèi)型的電路，當(dāng)輸出功率為2W時(shí)，測(cè)量的PAE為72％。
因此，說(shuō)明了包括激勵(lì)電路和多級(jí)放大電路的功率放大器電路結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)無(wú)需反饋就能精確生成具有高功率增加效率的所需RF波形。
權(quán)利要求
1.一種可變輸出RF功率放大器，包括電壓調(diào)節(jié)裝置，用于根據(jù)至少執(zhí)行電平控制、脈沖串控制和調(diào)制之一的控制信號(hào)，生成某個(gè)電壓范圍內(nèi)的特定電壓；以及一個(gè)功率放大器，該放大器包括一個(gè)末放大級(jí)，末放大級(jí)具有特定電壓作為電源電壓，并且具有一個(gè)激勵(lì)信號(hào)，該信號(hào)無(wú)需在可感知的時(shí)間內(nèi)在線性操作區(qū)域內(nèi)操作放大器，就能在兩種狀態(tài)—硬接通狀態(tài)和硬斷開(kāi)狀態(tài)—之間重復(fù)激勵(lì)末放大級(jí)；其中在不需要連續(xù)或頻繁反饋調(diào)整的情況下控制放大器。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中電壓調(diào)節(jié)裝置包括一個(gè)第一開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器級(jí)和一個(gè)第二線性調(diào)節(jié)器級(jí)。
3.權(quán)利要求2的裝置，其中開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器級(jí)提供粗電平控制，線性調(diào)節(jié)器級(jí)提供精細(xì)斜坡控制。
4.權(quán)利要求3的裝置，其中功率放大器為硬限制的。
5.權(quán)利要求4的裝置，其中功率放大器為從甲類(lèi)、甲乙類(lèi)和丙類(lèi)放大器組中選擇的飽和放大器。
6.權(quán)利要求3的裝置，其中功率放大器為開(kāi)關(guān)式放大器。
7.權(quán)利要求3的裝置，其中功率放大器為丙類(lèi)放大器。
8.權(quán)利要求2的裝置，其中開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器級(jí)提供電平控制和斜坡控制。
9.權(quán)利要求2的裝置，其中線性調(diào)節(jié)器級(jí)提供斜坡控制和電平控制。
10.權(quán)利要求2的裝置，還包括用于接收所述控制信號(hào)的裝置，并且作為響應(yīng)，生成用于開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器級(jí)的第一控制信號(hào)和用于線性調(diào)節(jié)器級(jí)的第二控制信號(hào)。
11.權(quán)利要求2的裝置，還包括一個(gè)振幅激勵(lì)器，該激勵(lì)器響應(yīng)調(diào)制信號(hào)，生成用于開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器級(jí)的第一控制信號(hào)和用于線性調(diào)節(jié)器級(jí)的第二控制信號(hào)。
12.權(quán)利要求2的裝置，還包括響應(yīng)相位控制信號(hào)生成載波信號(hào)的裝置，載波信號(hào)具有相位調(diào)制特性，將載波信號(hào)應(yīng)用于RF功率放大器。
13.權(quán)利要求12的裝置，其中調(diào)制信號(hào)為一個(gè)振幅控制信號(hào)，RF信號(hào)為調(diào)幅信號(hào)。
14.權(quán)利要求13的裝置，還包括一個(gè)調(diào)制編碼器，該編碼器響應(yīng)數(shù)據(jù)信號(hào)，生成振幅控制信號(hào)和相位控制信號(hào)。
15.權(quán)利要求14的裝置，其中調(diào)制編碼器在極坐標(biāo)系中工作。
16.權(quán)利要求2的裝置，還包括多個(gè)放大模塊，每個(gè)放大模塊包括一個(gè)開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器具有一個(gè)功率輸入、一個(gè)功率輸出和一個(gè)控制輸入；一個(gè)調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器具有一個(gè)功率輸入、一個(gè)功率輸出和一個(gè)控制輸入，將調(diào)節(jié)器的功率輸入連接到開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器的功率輸出；一個(gè)振幅激勵(lì)器，該激勵(lì)器響應(yīng)調(diào)制信號(hào)，生成連接到開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器之控制輸入的第一控制信號(hào)，連接到調(diào)節(jié)器之控制輸入的第二控制信號(hào)；以及一個(gè)RF功率放大器，該放大器具有非線性操作模式，調(diào)節(jié)器的功率輸出提供RF功率放大器的操作電壓；一個(gè)RF信號(hào)，共用于所有RF功率放大器；以及一個(gè)振幅激勵(lì)器，該激勵(lì)器響應(yīng)全部振幅信號(hào)，生成一個(gè)或多個(gè)振幅激勵(lì)信號(hào)，將振幅激勵(lì)信號(hào)應(yīng)用于各RF功率放大器。
17.權(quán)利要求16的裝置，其中單獨(dú)生成各RF功率放大器的各振幅激勵(lì)信號(hào)。
18.權(quán)利要求16的裝置，其中將單個(gè)振幅激勵(lì)信號(hào)共用于所有RF功率放大器。
19.一種控制功率放大器的方法，包括根據(jù)至少執(zhí)行電平控制、脈沖串控制和調(diào)制之一的控制信號(hào)，生成特定電壓；作為功率放大器的末放大級(jí)的電源電壓，將特定電壓應(yīng)用于功率放大器；以及無(wú)需在可感知的時(shí)間內(nèi)在線性操作區(qū)域內(nèi)操作放大器，就能在兩種狀態(tài)—硬接通狀態(tài)和硬斷開(kāi)狀態(tài)—之間重復(fù)激勵(lì)末放大級(jí)；其中在不需要連續(xù)或頻繁反饋調(diào)整的情況下控制放大器。
20.權(quán)利要求19的方法，還包括將RF輸入信號(hào)應(yīng)用于RF放大器，其中RF輸入信號(hào)為相位調(diào)制信號(hào)。
21.權(quán)利要求19的方法，還包括在極坐標(biāo)中對(duì)數(shù)據(jù)編碼，以生成一個(gè)振幅信號(hào)和一個(gè)相位信號(hào)；以及根據(jù)相位信號(hào)生成RF輸入信號(hào)；其中所述調(diào)制信號(hào)是根據(jù)所述振幅信號(hào)導(dǎo)出的。
全文摘要
本發(fā)明提供高效(如,硬限制或開(kāi)關(guān)式)功率放大器的高效功率控制。通過(guò)仿效帶有有源線性調(diào)節(jié)器的開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器,降低所需調(diào)制的最高頻率和開(kāi)關(guān)式DC－DC轉(zhuǎn)換器的操作頻率之間的差值。線性調(diào)節(jié)器利用足夠帶寬控制功率放大器的操作電壓,以再現(xiàn)所需的調(diào)幅波形。線性調(diào)節(jié)器抑制輸入電壓的變化,即使響應(yīng)應(yīng)用的控制信號(hào)改變輸出電壓。通過(guò)改變功率放大器的操作電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。通過(guò)允許開(kāi)關(guān)式DC－DC轉(zhuǎn)換器改變其輸出電壓,以致以相對(duì)恒定的低電平保持通過(guò)線性調(diào)節(jié)器的電壓降落,提高效率。
文檔編號(hào)H03C5/00GK1371545SQ00812058
公開(kāi)日2002年9月25日 申請(qǐng)日期2000年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月29日
發(fā)明者溫德?tīng)枴ど５? 小厄爾·W·麥丘恩, 羅納德·A·邁克 申請(qǐng)人:特羅皮亞恩公司