放大射频信号的方法和DOHERTY‑CHIREIX 组合放大器技术

公开了一种放大射频RF信号的放大器和方法。被配置成放大RF信号的放大器包括功率组合器电路。功率组合器电路包括Chireix组合器，Chireix组合器包括连接在第一RF输入端与求和节点之间的第一支路以及连接在第二RF输入端与求和节点之间的第二支路。第一支路和第二支路中的每一个包括阻抗变换器。Chireix组合器被配置成向第一RF输入端和第二RF输入端呈递Chireix负载调制阻抗响应。功率组合器电路还包括补偿元件，补偿元件被配置成以Doherty放大器模式至少部分地补偿Chireix组合器电路的电抗，在Doherty放大器模式下，向第一RF输入端施加信号并且第二RF输入端电开路。

【技术实现步骤摘要】
放大射频信号的方法和DOHERTY-CHIREIX组合放大器
本申请涉及RF(射频)放大器电路，并且特别涉及高效的功率回退模式放大器设计。
技术介绍
RF功率放大器用于各种应用中，例如用于无线通信系统等的基站。由RF功率放大器放大的信号通常包括具有频率在400兆赫兹(MHz)到4千兆赫(GHz)范围内的高频调制载波的信号。调制载波的基带信号通常处于相对较低的频率，并且根据应用可以高达300MHz或更高。用于RF功率放大器的器件封装可以包括晶体管裸芯(例如，MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体)、HEMT(高电子迁移率晶体管))以及并入其中的输入阻抗匹配电路和输出阻抗匹配电路。输入阻抗匹配电路和输出阻抗匹配电路通常包括LC网络，其提供被配置成将晶体管裸芯的阻抗匹配到固定值的阻抗匹配电路的至少一部分。器件封装还可以包括被配置成滤除基频中的高阶谐波分量以提高放大器效率的调谐电路。电信领域内的RF功率架构聚焦于在从Psat(即当放大器被驱动为深度饱和时的平均输出功率)显著功率回退处实现高的DC-RF(直流-射频)效率。这是由于所发送的诸如W-CDMA(宽带码分多址)、LTE(长期演进)和WiMAX(全球微波接入互操作性)这样的数字信号的高的峰均比(PAR)。目前采用的一种流行的功率放大器架构是Doherty放大器。Doherty放大器首先由WilliamH.Doherty在1936年提出，并且被描述在1936年9月的Proc.IRE的第24卷第1163-1182页的“Anewhighefficiencypoweramplifierformodulatedwaves”中，其全部内容通过引用并入本文。Doherty放大器采用在所有功率电平下提供放大的主放大器，以及在高功率电平下接通的峰值放大器。通过从峰值放大器对主放大器进行负载调制而提高了效率。目前采用的另一种流行的功率放大器架构是Chireix放大器。Chireix放大器由H.Chireix于1935年首次提出，并且被描述在1935年11月Proc.IRE的第23卷第11号第1370-1392页的“Highpoweroutphasingmodulation”中，其全部内容通过引用并入本文。Chireix放大器利用异相技术来放大两个相移恒定的包络信号。Chireix放大器提供高效且线性的放大而不失真。虽然Doherty放大器和Chireix放大器各自为振幅调制信号提供高回退效率，但每种设计都有局限性。一般来说，与Doherty放大器相比，Chireix放大器在接近峰值功率的回退范围内提供较高的效率，但是在低功率电平处提供较低的效率。此外，Doherty放大器通常在高功率回退区中具有效率下降(即两个峰值之间的较低效率的区域)，而Chireix放大器在高功率回退区中提供更加线性的效率。尽管可以利用另外的电路和/或控制技术来解决每个放大器的这些缺陷中的一些缺陷，但是已知的解决方案显著地增加了成本和电路复杂性，并且成果有限。
技术实现思路
公开了一种被配置成放大RF信号的放大器。根据实施方式，放大器包括功率组合器电路。功率组合器电路包括Chireix组合器，Chireix组合器具有连接在第一RF输入端与求和节点之间的第一支路以及连接在第二RF输入端与求和节点之间的第二支路。第一支路和第二支路中的每一个支路包括阻抗变换器。Chireix组合器被配置成向第一RF输入端和第二RF输入端呈递Chireix负载调制阻抗响应。功率组合器电路还包括补偿元件，补偿元件被配置成以Doherty放大器模式至少部分地补偿Chireix组合器电路的电抗，在Doherty放大器模式下，向第一RF输入端施加信号并且第二RF输入端电开路。公开了一种放大RF信号的方法。该方法包括提供具有第一放大器、第二放大器以及连接至第一放大器和第二放大器的功率组合器电路的放大器电路。功率组合器电路包括被配置成呈递Chireix负载调制阻抗响应的Chireix组合器以及补偿元件。该方法还包括针对等于或低于预定阈值的RF信号的幅值、以Doherty放大器模式操作放大器电路。以Doherty放大器模式操作放大器电路包括：利用第一放大器生成第一放大版本的RF信号，同时关断第二放大器；将第一放大版本的RF信号施加至功率组合器电路的第一输入端；以及利用补偿元件来补偿Chireix组合器的电抗。该方法还包括针对高于预定阈值的RF信号的幅值、以Chireix放大器模式操作放大器电路。以Chireix放大器模式操作放大器电路包括：利用第一放大器生成第一放大版本的RF信号；利用第二放大器生成第二放大版本的RF信号，第二放大版本的RF信号与第一放大版本的RF信号异相；以及利用Chireix组合器来将第一放大版本的RF信号与第二放大版本的RF信号组合并且调制从第一放大器和第二放大器跨第一放大版本的RF信号和第二放大版本的RF信号的不同功率电平而看到的阻抗。公开了一种利用放大器来放大RF信号的方法，该放大器包括第一放大器器件和第二放大器器件以及连接至第一放大器和第二放大器的功率组合器电路，功率组合器电路包括被配置成呈递Chireix负载调制阻抗响应的Chireix组合器以及补偿元件。根据实施方式，该方法包括：当RF信号的振幅等于或低于预定阈值时，以Doherty放大器模式操作放大器。以Doherty放大器模式操作放大器电路包括：利用第一放大器器件放大RF信号，同时关断第二放大器器件；利用功率组合器电路从第一放大器器件提取第一放大RF信号；以及利用补偿元件来补偿Chireix组合器的导纳，以提高放大器电路的效率。该方法还包括当RF信号的振幅高于预定阈值时，以Chireix放大器模式操作放大器。以Chireix放大器模式操作放大器电路包括：利用第一放大器器件和第二放大器器件放大RF信号；以及利用功率组合器电路从第一放大器器件提取第一放大的RF信号并且从第二放大器器件提取第二放大的RF信号。附图说明附图中的元素不一定相对于彼此成比例。相同的附图标记表示相应的相似部件。可以组合各种所示实施方式的特征，除非它们彼此排斥。实施方式在附图中示出，并且在下文中详细描述。包括图1A和图1B的图1描绘了根据一个实施方式的Doherty放大器以及Doherty放大器的负载调制阻抗响应；包括图2A、图2B和图2C的图2描绘了根据一个实施方式的Chireix放大器以及Chireix放大器的负载调制阻抗响应；图3示出了根据一个实施方式的、在功率回退电平处Doherty放大器和Chireix放大器的效率比较；图4示出了根据一个实施方式的、在功率回退电平处Doherty放大器、Chireix放大器和组合的Doherty-Chireix放大器的效率比较；图5示出了根据一个实施方式的组合的Doherty-Chireix放大器的示意；。包括图6A、图6B和图6C的图6描绘了根据一个实施方式的、在低功率模式下Doherty-Chireix放大器的等效电路，Doherty-Chireix放大器的负载调制阻抗响应，以及在功率回退时Doherty-Chireix放大器的效率曲线；包括图7A、图7B、图7C和图7D的图7描绘了根据一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种被配置成放大射频RF信号的放大器，所述放大器包括：功率组合器电路，所述功率组合器电路包括：Chireix组合器，所述Chireix组合器包括连接在第一RF输入端与求和节点之间的第一支路、以及连接在第二RF输入端与所述求和节点之间的第二支路，所述第一支路和所述第二支路中的每一个包括阻抗变换器，其中，所述Chireix组合器被配置成对所述第一RF输入端和所述第二RF输入端呈递Chireix负载调制阻抗响应；以及补偿元件，所述补偿元件被配置成以Doherty放大器模式至少部分地补偿所述Chireix组合器的电抗，在所述Doherty放大器模式下，向所述第一RF输入端施加信号并且所述第二RF输入端电开路。

【技术特征摘要】
2016.06.28 US 15/195,5751.一种被配置成放大射频RF信号的放大器，所述放大器包括：功率组合器电路，所述功率组合器电路包括：Chireix组合器，所述Chireix组合器包括连接在第一RF输入端与求和节点之间的第一支路、以及连接在第二RF输入端与所述求和节点之间的第二支路，所述第一支路和所述第二支路中的每一个包括阻抗变换器，其中，所述Chireix组合器被配置成对所述第一RF输入端和所述第二RF输入端呈递Chireix负载调制阻抗响应；以及补偿元件，所述补偿元件被配置成以Doherty放大器模式至少部分地补偿所述Chireix组合器的电抗，在所述Doherty放大器模式下，向所述第一RF输入端施加信号并且所述第二RF输入端电开路。2.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述补偿元件包括：针对所述第一支路以并联配置布置的第一电抗补偿元件；以及针对所述第二支路以并联配置布置的第二电抗补偿元件。3.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述补偿元件被配置成对于所述RF信号的中心频率完全消除所述Chireix组合器的电抗，使得所述功率组合器电路在所述Doherty放大器模式下具有纯电阻阻抗。4.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述第一支路和所述第二支路的所述阻抗变换器由与所述第一支路串联连接的第一传输线和与所述第二支路串联连接的第二传输线提供。5.根据权利要求4所述的放大器，其中，所述第一传输线和所述第二传输线具有与所述RF信号的中心频率的四分之一波长相对应的相等长度，其中，所述Chireix组合器还包括分别针对所述第一支路和所述第二支路以并联配置布置的第一无功效率补偿组件和第二无功效率补偿组件，并且其中，所述补偿元件被配置成以所述Doherty放大器模式在所述RF信号的中心频率处完全消除所述第一传输线和所述第二传输线的电抗以及所述第一无功效率补偿组件和所述第二无功效率补偿组件的电抗。6.根据权利要求4所述的放大器，其中，所述第一传输线和所述第二传输线具有彼此不同并且与所述RF信号的中心频率的四分之一波长不同的长度，其中，所述第一传输线和所述第二传输线共同呈递所述Chireix负载调制阻抗响应，并且其中，所述补偿元件被配置成完全消除所述第一传输线和所述第二传输线在所述RF信号的中心频率处的电抗。7.根据权利要求1所述的放大器，还包括：连接至所述功率组合器电路的所述第一RF输入端的第一放大器，所述第一放大器被配置成放大RF信号；连接至所述功率组合器电路的所述第二RF输入端的第二放大器，所述第二放大器被配置成放大RF信号；其中，所述放大器被配置成根据所述RF信号的幅值以Doherty放大器模式或Chireix放大器模式工作，其中，所述放大器被配置成以Doherty放大器模式来：仅利用所述第一放大器生成第一放大版本的RF信号；以及将所述第一放大版本的RF信号施加至所述第一RF输入端，以及其中，所述放大器被配置成以Chireix放大器模式来：利用所述第一放大器生成第一放大版本的RF信号；利用所述第二放大器生成与所述第一放大版本的RF信号异相的第二放大版本的RF信号；将所述第一放大版本的RF信号施加至所述第一RF输入端；以及将所述第二放大版本的RF信号施加至所述第二RF输入端。8.根据权利要求7所述的放大器，其中，所述放大器被配置成以Chireix放大器模式来生成所述第一放大版本的RF信号，所述第一放大版本的RF信号具有与所述第二放大版本的RF信号的振幅不同的振幅。9.一种放大射频RF信号的方法，所述方法包括：提供一种放大器电路，所述放大器电路包括第一放大器、第二放大器以及连接至所述第一放大器和所述第二放大器的功率组合器电路，所述功率组合器电路包括被配置成呈递Chireix负载调制阻抗响应的Chireix组合器以及补偿元件；针对等于或低于预定阈值的RF信号的幅值，以Doherty放大器模式操作所述放大器电路，其中，以所述Doherty放大器模式操作所述放大器电路包括：利用所述第一放大器生成第一放大版本的RF信号，而所述第二放大器关断，将所述第一放大版本的RF信号施加至所述功率组合器电路的第一RF输入端，以及利用所述补偿元件来补偿所述Chireix组合器的电抗；针对高于所述预定阈值的RF信号的幅值，以Chireix放大器模式操作所述放大器电路，其中，以所述Chireix放大器模式操作所述放大器电路包括：利用所述第一放大器生成第一放大版本的RF信号，利用所述第二放大器生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海东，理查德·威尔逊，蒂莫西·坎宁，大卫·西巴克，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE