CN102957382A

CN102957382A - 一种功率放大器

Info

Publication number: CN102957382A
Application number: CN2011102348222A
Authority: CN
Inventors: 欧阳溢波; 戴仁彬; 汤超; 张云烽; 周进; 张朋举
Original assignee: Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2011-08-16
Publication date: 2013-03-06

Abstract

本发明提供一种功率放大器，其中，该功率放大器包括多条功率放大路径，其中，每条功率放大路径上包括至少一个放大器，且所述多条功率放大路径中至少一条功率放大路径上包括至少一个可调移相器。与现有技术相比，本发明通过在其至少一路功率放大路径上包含的可调移相器来降低多条功率放大路径间的相位偏差，大大减少了因生产因素和器件本身的因素造成的影响，提高了功率合成效率，并提高了功率放大器的成品率。

Description

一种功率放大器

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种功率放大器。

背景技术

功率放大器是无线基站系统中的重要一环。为了在拓宽无线信号覆盖的同时实现高速无线传输服务，功率放大器需要高发射功率。特别是诸如WCDMA、LTE等新的通信标准，尤其需要高功率输出。并且，现有新通信标准的调制方法并非传统的恒包络调制，而是诸如OFDM等调制方式，这使得功率输出器件需要更高的功率输出。由于受现有技术所限，单个的晶体管难以输出如此高的功率，因此，功率合成技术，如推挽技术，AB类平衡技术，目前广泛应用于现有基站功放中的道尔蒂(Doherty)技术，E类、F类、ET技术等拥有广阔的前景。

众所周知，对于功率合成来说，当多路相位相同时能够获得最好合成效果。然而，由于诸如PCB生产工艺、集总元件容差(lumpedcomponent tolerance)以及晶体管技术本身的限制，往往造成放大器件中需要合成的多路功率间的相位、振幅和/或功率比差异，为了提高成品率，生产过程中往往需要人工调节，无疑十分低效。并且，在功率放大器的设计过程中也需要较高的设计余裕(design margin)，以保证大规模生产下的成品率。

发明内容

本发明的目的是提供一种功率放大器。

根据本发明的一个方面，提供一种功率放大器，其中，该功率放大器包括：

多条功率放大路径，其中，每条功率放大路径上包括至少一个放大器，且所述多条功率放大路径中至少一条功率放大路径上包括至少一个可调移相器。

作为本发明的优选实施例之一，所述多条功率放大路径中的每条功率放大路径上均包括至少一个可调移相器。

作为本发明的优选实施例之一，当一条功率放大路径上包括所述放大器以及所述可调移相器时，所述放大器以及所述可调移相器依信号传输方向的排布顺序为可调移相器、放大器。

作为本发明的优选实施例之一，所述多条功率放大路径中的至少一条功率放大路径上包括至少一个可调衰减器。

作为本发明的优选实施例之一，所述多条功率放大路径中的每条功率放大路径上均包括至少一个可调衰减器。

作为本发明的优选实施例之一，当一条功率放大路径上包括所述放大器、所述可调移相器以及所述可调衰减器时，所述放大器、所述可调移相器以及所述可调衰减器依信号传输方向的排布顺序为可调移相器、可调衰减器、放大器。

作为本发明的优选实施例之一，所述可调移相器以及所述可调衰减器集成在一起。

作为本发明的优选实施例之一，该功率放大器还包括输出功率合成器，其连接所述多条功率放大路径，以合成经所述多条功率放大路径放大后的功率并输出。

作为本发明的优选实施例之一，每条功率放大路径上设置驱动级放大器以及末级放大器，所述输出功率合成器连接各个末级放大器。

作为本发明的优选实施例之一，该功率放大器还包括功率分配器，其连接所述多条功率放大路径，以将其所接收的输入信号分成多路分配至该多条功率放大路径。

作为本发明的优选实施例之一，所述功率分配器、所述可调移相器以及所述可调衰减器集成在一起。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1)通过在其至少一路功率放大路径上包含的可调移相器来降低多条功率放大路径间的相位偏差，大大减少了因生产因素和器件本身的因素造成的影响，提高了功率合成效率，并提高了功率放大器的成品率。尤其是在大规模生产过程中，不仅无需人工调节，提高了生产效率，并且，由于能够通过在实际应用中来调整多条功率放大路径间的相位偏差，使得功率放大器的实际应用结果十分接近设计测试结果，因此，本发明的功率放大器所需设计余裕更小，这意味着更小的功率回退(back-off)，使得效率进一步提高；2)能够通过可调衰减器来调节多路功率放大路径间的功率比，进一步提高功率合成效率以及功率放大器的成品率，并降低了功率放大器所需的设计余裕；3)能够直接合成经可调移相器，优选地，经可调移相器以及可调衰减器调整后的功率并输出；4)能够将一路输入功率分配给多路功率放大路径。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一个优选实施例的2路功率放大器结构示意图；

图2为本发明另一个优选实施例的2路功率放大器结构示意图；

图3a至图3e为包括可调衰减器的多种2路功率放大器结构示意图；

图4a和图4b为包括功率输出合成器的多种2路功率放大器结构示意图；

图5a和图5b为包括功率输出合成器以及功率分配器的多种2路功率放大器结构示意图；

图6为本发明一个优选实施例的N路功率放大器结构示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明中，功率放大器包括多条功率放大路径，其中，每条功率放大路径上包括至少一个放大器，且所述多条功率放大路径中至少一条功率放大路径上包括至少一个可调移相器。

如图1所示，功率放大器包括2条功率放大路径，其中，第一条功率放大路径上包括可调移相器C1以及放大器G1，第二条功率放大路径上包括放大器G2。其中，可调移相器C1可通过多种方式实现，例如，通过微带线(microstrip)、耦合微带线(coupled microstrip)、集总电感(lumped inductor)、电容和电阻和混合耦合器、芯片等实现，并且，数字或模拟可调移相器均包含在本发明所述可调移相器范围内。其中，放大器G1和G2包括但不限于诸如射频放大器、集成放大模块等多种功率放大器件。

信号经由外部器件输入2路功率放大路径，并经由放大器G1和G2放大并输出给其他外部器件，以使其他外部器件能够将2路功率放大路径输出的功率合成以获得较高的输出功率。并且，通过可调移相器C1，能够调节第一条功率放大路径输出的相位，以降低因诸如PCB生产工艺、集总元件容差以及放大器本身等原因产生的两路功率放大路径的相位偏差。具体地，采用可调移相器C1来调整2路功率放大路径上的相位偏差的方式包括但不限于：1)人工调整可调移相器C1，以调节第一条功率放大路径输出的相位，从而减少2路功率放大路径上的相位偏差；2)由外部调整设备监控功率放大器的输出功率，并当输出功率不符合预定输出功率标准，如低于预定输出功率阈值时，调整可调移相器直至输出功率符合预定输出功率标准。例如，当输出功率不符合预定输出功率标准时，外部调整设备在两个相反的调整方向上微调可调移相器，并检测分别往该两个调整方向调整时，输出功率的变化情况；接着，外部调整设备选择调整时功率输出变大的调整方向进一步调整可调移相器，直至输出功率符合预定输出功率标准。

为提高多条功率放大路径的相位偏差可调范围，所述多条功率放大路径中的每条功率放大路径上均包括至少一个可调移相器。如图2所示，2条功率放大路径上分别包括可调移相器C1和C2。其中，可调移相器C2可经由多种方式实现，例如，通过微带线、耦合微带线、集总电感、电容和电阻和混合耦合器以及芯片等实现，并且，数字或模拟可调移相器均包含在本发明所述可调移相器范围内。则当仅通过调节可调移相器C1仍无法使得输出功率符合预定输出功率标准时，还可进一步调整可调移相器C2，以使输出功率符合预定输出功率标准。

需要说明的是，尽管当一条功率放大路径上包括所述放大器以及所述可调移相器时，放大器以及可调移相器依信号传输方向的排布顺序以可调移相器、放大器为佳，如图1或图2中所示。但可调移相器在功率放大器中的位置并未以上述实施例为限，可调移相器可为放大器的后置器件，或者，集成在放大器中；例如，当一条功率放大路径上包括放大器G1、I1以及可调移相器C1时，三者依信号传输方向的排布顺序可为放大器G1、可调移相器C1以及放大器I1，或者，为放大器G1、放大器I1以及可调移相器C1。

需要进一步说明的是，本发明的功率放大器适用于任何通过合成多路功率来获得较高的输出功率的功率放大技术。例如，若本发明的功率放大器适用于道尔蒂(Doherty)放大器，则放大器G1可作为主放大器，并工作在AB类或B类，放大器G2可作为辅助放大器，并工作在AB类或B类或C类。

根据本发明的功率放大器，通过在其至少一路功率放大路径上包含的可调移相器来降低多条功率放大路径间的相位偏差，大大减少了因生产因素和器件本身的因素造成的影响，提高了功率合成效率，并提高了功率放大器的成品率。尤其是在大规模生产过程中，不仅无需人工调节，提高了生产效率，并且，由于能够通过在实际应用中来调整多条功率放大路径间的相位偏差，使得功率放大器的实际应用结果十分接近设计测试结果，因此，本发明的功率放大器所需设计余裕更小，这意味着更小的功率回退(back-off)，使得效率进一步提高。

作为本发明的优选方案之一，功率放大器包括多条功率放大路径，其中，每条功率放大路径上包括至少一个放大器，且所述多条功率放大路径中至少一条功率放大路径上包括至少一个可调移相器，且所述多条功率放大路径中的至少一条功率放大路径上包括至少一个可调衰减器。

图3a至图3e为包括可调衰减器的多种2路功率放大器结构示意图。

图3a中功率放大器包括2条功率放大路径，其中，第一条功率放大路径上包括可调衰减器E1以及放大器G1，第二条功率放大路径上包括可调移相器C2以及放大器G2。

图3b中功率放大器包括2条功率放大路径，其中，第一条功率放大路径上包括可调移相器C1、可调衰减器E1以及放大器G1，第二条功率放大路径上包括放大器G2。

图3c中功率放大器包括2条功率放大路径，其中，第一条功率放大路径上包括可调移相器C1、可调衰减器E1以及放大器G1，第二条功率放大路径上包括可调移相器C2以及放大器G2。

图3d中功率放大器包括2条功率放大路径，其中，第一条功率放大路径上包括可调移相器C1、可调衰减器E1以及放大器G1，第二条功率放大路径上包括可调衰减器E2以及放大器G2。

图3e中功率放大器包括2条功率放大路径，其中，第一条功率放大路径上包括可调移相器C1、可调衰减器E1以及放大器G1，第二条功率放大路径上包括可调移相器C2、可调衰减器E2以及放大器G2。

图3a至图3e中，可调移相器C1和C2可经由多种方式实现，例如，通过微带线、耦合微带线、集总电感、电容和电阻和混合耦合器以及芯片等实现，并且，数字或模拟可调移相器均包含在本发明所述可调移相器范围内。可调衰减器E1和E2可经由多种方式实现，例如，通过微带线、耦合微带线、集总电感、电容和电阻和混合耦合器以及芯片等实现，并且，数字或模拟可调衰减器均包含在本发明所述可调衰减器范围内。其中，放大器G1和G2包括但不限于诸如射频放大器、集成放大模块等多种功率放大器件。

信号经由外部器件输入2路功率放大路径，并经由放大器G1和G2放大并输出给其他外部器件，以使其他外部器件能够将2路功率放大路径输出的功率合成以获得较高的输出功率。并且，通过可调移相器C1和/或C2，能够调节2条功率放大路径输出的相位，以降低因诸如PCB生产工艺、集总元件容差以及放大器本身等原因产生的两路功率放大路径的相位偏差；通过可调衰减器E1和/或E2，能够调节2条功率放大路径间的功率比，以使功率比更接近设计标准。具体地，调整可调移相器C1和/或C2以及可调衰减器E1和/或E2的方式包括但不限于：1)人工调整；2)由外部调整设备监控功率放大器的输出功率，并当输出功率不符合预定输出功率标准时，调整可调移相器和/或可调衰减器直至输出功率符合预定输出功率标准。

需要说明的是，尽管当一条功率放大路径上包括所述放大器、所述可调移相器以及所述可调衰减器时，所述放大器、所述可调移相器以及所述可调衰减器依信号传输方向的排布顺序以可调移相器、可调衰减器、放大器为佳，如图3a至3e中所示。但可调移相器以及可调衰减器器在功率放大器中的位置并未以上述实施例为限。例如，三者依信号传输方向的排布顺序为可调移相器、放大器、可调衰减器；或者，为可调衰减器、可调移相器、放大器；或者，为可调衰减器、放大器、可调移相器；或者，为放大器、可调衰减器、可调移相器等。并且，当放大器包括多个时，可调衰减器和/或可调移相器连接在2个放大器之间等。

优选地，所述可调移相器以及所述可调衰减器集成在一起。

由于在一些采用诸如道尔蒂技术等的功率放大器中，功率和线性主要依赖于多路功率放大路径间的功率分配比。因此，通过本优选方案的功率放大器，能够通过可调衰减器来调节多路功率放大路径间的功率比，进一步提高功率合成效率以及功率放大器的成品率，并降低了功率放大器所需的设计余裕。

作为本发明的优选方案之一，功率放大器还包括输出功率合成器，其连接功率放大器中的多条功率放大路径，以合成经所述多条功率放大路径放大后的功率并输出。

图4a和图4b为包括功率输出合成器的多种2路功率放大器结构示意图。

图4a中功率放大器包括2条功率放大路径以及输出功率合成器K，其中，第一条功率放大路径上包括可调移相器C1以及放大器G1，第二条功率放大路径上包括可调移相器C2以及放大器G2。该2条功率放大路径的输出功率经输出功率合成器K合成后输出。

图4b中功率放大器包括2条功率放大路径以及输出功率合成器K，其中，第一条功率放大路径上包括可调移相器C1、可调衰减器E1以及放大器G1，第二条功率放大路径上包括可调移相器C2、可调衰减器E2以及放大器G2。该2条功率放大路径的输出功率经输出功率合成器K合成后输出。

其中，可调移相器、可调衰减器以及放大器已在前述实施例中予以详述，在此不再赘述。输出功率合成器可通过多种方式实现，例如，采用四分之一波长50欧的阻抗变压器、30欧的阻抗变压器、连接开路或短路传输线的混合耦合器等。

优选地，每条功率放大路径上设置驱动级放大器以及末级放大器，所述输出功率合成器连接各个末级放大器。则输出功率合成器接收经驱动级放大器以及末级放大器2级放大后的功率，加以合成并输出。

根据本方案的功率放大器，能够直接合成经可调移相器，优选地，经可调移相器以及可调衰减器调整后的功率并输出。

作为本发明的优选方案之一，功率放大器还包括功率分配器，其连接功率放大器中的多条功率放大路径，以将其所接收的输入信号分成多路分配至该多条功率放大路径。

图5a和图5b为包括功率输出合成器以及功率分配器的多种2路功率放大器结构示意图。

图5a中，功率放大器包括功率分配器A、2条功率放大路径和输出功率合成器K。其中，功率分配器A将功率分成两部分，输出至第一条以及第二条功率放大路径；第一条功率放大路径上包括可调移相器C1以及放大器G1，第二条功率放大路径上包括可调移相器C2以及放大器G2；该2条功率放大路径的输出功率经输出功率合成器K合成后输出。

图5b中功率放大器包括功率分配器A、2条功率放大路径和输出功率合成器K。其中，功率分配器A将功率分成两部分，输出至第一条以及第二条功率放大路径；第一条功率放大路径上包括可调移相器C1、可调衰减器E1以及多个放大器G1至I1，第二条功率放大路径上包括可调移相器C2、可调衰减器E2以及多个放大器G2至I2。该2条功率放大路径的输出功率经输出功率合成器K合成后输出；该2条功率放大路径的输出功率经输出功率合成器K合成后输出。

其中，可调移相器、可调衰减器、放大器以及输出功率合成器已在前述实施例中予以详述，在此不再赘述。功率分配器A可通过多种方式实现，例如，通过混合耦合器、N路混合耦合器、微带线、耦合微带线、集总电感、电容和电阻以及变压器等实现。

优选地，功率分配器、可调移相器以及可调衰减器集成在一起。

根据本方案的功率放大器，能够将一路输入功率分配给多路功率放大路径。

需要说明的是，尽管上述实施例均以2路功率放大器来进行说明，但本领域技术人员应能理解，对于3路或3路以上的功率放大器，至少其中至少一条功率放大路径上包括可调移相器，即能实现本发明的技术效果。优选地，当该功率放大器中至少一条功率放大路径上包括可调衰减器时，效果更佳。更优选地，该3路或3路以上的功率放大路径输出的功率经由输出功率合成器合成并输出。更优选地，功率放大器通过其包含的功率分配器来将功率分配给该3路或3路以上的功率放大路径。如图6所示的N路(N＝3)功率放大器，其包括功率分配器A、N路功率放大路径以及输出功率合成器K。其中，每路功率放大路径包括多个可调移相器、多个可调衰减器以及多个放大器。经由功率分配器A输入至N路功率放大器中的功率经多个可调移相器以及多个可调衰减器后，被多个放大器放大，并经输出功率合成器K输出。当功率合成器K输出的功率不符合预定输出功率标准时，通过调节N路功率放大路径中的多个可调移相器以及多个可调衰减器，调整N路功率放大路径间的相位偏差以及功率比，以使功率合成器K输出的功率符合预定输出功率标准。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。

Claims

1.一种功率放大器，其中，该功率放大器包括：

2.根据权利要求1所述的功率放大器，其中，所述多条功率放大路径中的每条功率放大路径上均包括至少一个可调移相器。

3.根据权利要求1或2所述的功率放大器，其中，当一条功率放大路径上包括所述放大器以及所述可调移相器时，所述放大器以及所述可调移相器依信号传输方向的排布顺序为可调移相器、放大器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率放大器，其中，所述多条功率放大路径中的至少一条功率放大路径上包括至少一个可调衰减器。

5.根据权利要求4所述的功率放大器，其中，所述多条功率放大路径中的每条功率放大路径上均包括至少一个可调衰减器。

6.根据权利要求4或5所述的功率放大器，其中，当一条功率放大路径上包括所述放大器、所述可调移相器以及所述可调衰减器时，所述放大器、所述可调移相器以及所述可调衰减器依信号传输方向的排布顺序为可调移相器、可调衰减器、放大器。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述可调移相器以及所述可调衰减器集成在一起。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的功率放大器，其中，该功率放大器还包括：

输出功率合成器，其连接所述多条功率放大路径，以合成经所述多条功率放大路径放大后的功率并输出。

9.根据权利要求8所述的功率放大器，其中，每条功率放大路径上设置驱动级放大器以及末级放大器，所述输出功率合成器连接各个末级放大器。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的功率放大器，其中，该功率放大器还包括：

功率分配器，其连接所述多条功率放大路径，以将其所接收的输入信号分成多路分配至该多条功率放大路径。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述功率分配器、所述可调移相器以及所述可调衰减器集成在一起。