混合类放大器制造技术

本发明专利技术提供了一种功率放大器(10)，配置用于在谐波频率产生阻抗，以使得功率放大器(10)在低输出幅度范围内操作于C类模式，而在高输出幅度范围内操作于F类或反相F类模式。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】混合类放大器本申请是2008年9月I日提交的中国专利申请N0.200880130947.7的专利技术名称为“混合类放大器”的分案申请。
本专利技术总体涉及一种能够在不同类模式下操作的放大器，以及更具体地，涉及用于将放大器配置为具有C类放大器的所选特征以及F类或者反相F类放大器的所选特征的机制和技术。
技术介绍
移动电信服务的快速发展已经导致对于低成本、低功率和缩减尺寸及重量的设备的需求日益增加。一种这类设备存在于用于移动通话的基站和终端中的发射机中，以及用于广播和其他无线系统的发射机中。发射机采用功率放大器来对到天线的射频(RF)信号进行放大。通常，功率放大器必须是高效的，不要过热，需要额外的冷却或汲取较少功率，以增大电池使用时间并降低功率成本。放大器效率的一方面与功率放大器所使用的电流和电压波形相关。更具体地，放大器效率与作为功率放大器一部分的晶体管上的同时电压降以及流过该晶体管的电流的量相关。电压降和流过晶体管的电流的减小导致所使用的功率减小。电压降和流过晶体管的电流的减小由晶体管处的电压和电流的波形指示。高(最大)输出功率的最优波形不同于低输出功率(相对于最大输出)的波形，并且用于获得那些波形的传统电路是彼此排斥的。为了更好地理解示例性实施例，接下来讨论功率放大器的现有技术。传统上，根据功率放大器的电流和电压的线性和波形，将功率放大器分为不同的类。两类主要的功率放大器是线性和非线性功率放大器。A类、AB类、B类和C类对应于线性功率放大器，而D类和F类对应于非线性功率放大器。在这方面，图1A示出了线性功率放大器的输出，图1B示出了非线性功率放大器的输出。图1A和图B的轴使用任意单位。接下来，更详细地讨论A类、AB类、B类、C类、D类和F类。每一类由电路属性(对于一些类是相同的)以及施加至晶体管的偏置(在一些类之间是不同的)来表征。A类功率放大器定义为如图2所示的被偏置以使得输出电流始终流过的放大器，以及输入信号驱动电平保持足够小，以避免在截止区域中驱动晶体管。换言之，晶体管的导通角为360°，这意味着晶体管在输入信号的整个周期导通。这种属性使得A类功率放大器是所有放大器类型中最为线性的放大器。B类功率放大器是其中晶体管的导通角约为180°的放大器，如图3所示。在这一类中，电流波形是半波形整流正弦波，电压由并联谐振储能电路限制于供电电压的正弦偏移。用于B类操作的理想晶体管具有截止以上的恒定跨导和正好在截止处偏置的栅极或基极。因此，直流(DC)供电电流与RF输出电流成正比(S卩，与半波整流正弦波的基本谐波分量成正比)。正弦RF输出电压还与RF输出电流成比例(针对公共线性负载电阻)。这使得功率放大器的效率与输出信号的幅度成比例。恒定供电电压的B类放大器的效率与输出电压成比例，对于无损电路中的理想器件最大高达78.5%。因此，输出平均信号电平低于最大(峰值)电平(即，具有较高峰均比)的信号的B类放大器的平均效率低于最大输出处的效率。一些晶体管(以下称为“准线性”)不具有截止以上的恒定跨导，但是可以看作为具有第一基本线性的部分，随后是基本恒定的部分(在该部分上效率通常再次下降)。在这种情况下，通过如图4所示的所谓的AB类偏置来获得最好的线性。选择施加至栅极或基极的恒定(直流)偏置电压作为跨导斜率上的点，跨导在该点周围最大程度地(奇)对称。在如图4所示的简化模型中，这个点正好在跨导曲线的线性斜率部分的中间。由于AB类的栅极偏置处于跨导斜率的中间，因而即便不存在RF信号，晶体管也汲取电流。因此，AB类功率放大器的效率(尤其是对于低信号幅度)低于如图3所示的B类放大器的效率。AB类功率放大器的电流脉冲与B类的半波形整流正弦波脉冲类似，但在每一侧补充了 “尾巴”。当偏置准线性晶体管以使得该晶体管在没有RF信号存在的情况下不汲取DC电流时，输出响应相对于输入是非线性的。因此，效率好于理想B类放大器的效率，但是最大输出较低(对于其他同等条件)。电流波形包括比理想的B类或AB类功率放大器窄的脉冲，这指示更高次谐波的更多内容。对于大多数晶体管，例如具有恒定跨导或准线性跨导的那些晶体管，将偏置降低到截止电压以下提供了甚至更窄的电流脉冲、更低的增益、更好的效率，并进一步降低了最大输出功率。这种操作模式定义了C类功率放大器。C类功率放大器是其中晶体管的导通角可以小于180°的放大器，并且该放大器的特性输出如图5所示。备选地，C类功率放大器的特征在于在功率放大器的晶体管处具有窄输出电流脉冲。通过将AB类上的栅极偏置增大至甚至在高幅度持续汲取电流的点，得到A类功率放大器。如上所述，由于汲取的DC供电电流较大，并且很大程度上独立于信号电平，这一类对于小信号具有低效率。虽然效率较低，但仍使用A类功率放大器，这是因为它们的增益比其他类大，这使得可以利用小驱动放大器实现最大输出。对于准线性晶体管，针对瞬时漏极(集电极，或更一般地为有源器件的输出节点)电流方面的相同限制，A类放大器的最大RF输出电流可以大于B类或AB类功率放大器的最大RF输出电流。通过相应地降低(晶体管所看到的)负载电阻，可以增大最大输出功率。上述类的操作可以通过同一个电路来实现，该电路由RF储能电路(与负载并联的基频处的并联谐振器)来表征。RF储能电路是必需的，因为在将调谐的RF功率放大器耦合至其负载(天线或天线馈线)时，必须向功率放大器的输出呈现将使放大器能够传送其额定功率的适当负载电阻。RF储能电路确保通过使得电流波形中的谐波短路来满足该条件，由此迫使输出电压变为正弦的。输出电路的其他功能是通过RF扼流圈向晶体管提供DC电流，以及阻止来自供电电压的DC到达负载。由于用于上述类的电路是相同的，因而这些类操作之间的区别在于电流波形中由于晶体管的不同(DC)栅极偏置而导致的不同。在F.E.Terman 和 F.A.Everest 的 “Dynamic-shift grid-bias modulat1n，，，Rad1，n0.211，pp.22-29，80-，July，1936中描述了使用动态网格(栅极、基极)偏置技术来实现功率放大器中C类到A类的可变操作，以获得调制以及高平均效率和高输出功率。在R.Hellberg的瑞典专利SE 200201908中描述了对于该方案的改进，以进一步增大多载波信号的效率和线性。非线性放大器包括D类和F类放大器，稍后将更详细地描述这些放大器。相对于线性放大性的最大功率和效率的增大可以通过F类和反相F类放大器实现。F类和反相F类放大器的特征在于功率放大器的晶体管处的方形输出电压波形。如V.J.Tyler/^A newhigh efficiency high power amplifier，，，Marconi Review, vol.21, n0.130, pp 96-109，Third Quarter 1958and F.H.Raab/‘Maximum efficiency and output of class-F poweramplifiers”，IEEE trans.MTT，vol.49，n0.6，June 2001 中所描述的，F 类 / 反相 F 类的效果是为了获得更加方形的电压或电流波形。使用推挽式的布置连同开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率放大器，包括至少一个组件，所述至少一个组件配置用于在一个或多个谐波频率产生阻抗，以使得所述功率放大器在低输出幅度范围内操作于C类模式，而在高输出幅度范围内操作于F类或反相F类模式，其中所述阻抗被配置为减小在所述一个或多个谐波频率处的电压摆动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：里卡德·赫尔贝里，
申请(专利权)人：艾利森电话股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE