CN105493400A - 功率放大装置和功率放大装置的控制方法 - Google Patents

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Abstract

根据一些实施例，功率放大装置具有Doherty放大器、电压调节器和中央处理器。Doherty放大器包括载波放大器和峰值放大器。载波放大器和峰值放大器当中的每一个放大输入信号。Doherty放大器输出通过组合放大后的信号得到的输出信号。电压调节器向载波放大器和峰值放大器当中的每一个供应控制电压。中央处理器包括存储Doherty放大器中所包括的载波放大器和峰值放大器当中的每一个的控制电压信息的表。控制电压信息是根据Doherty放大器以平均输出功率进行的操作而确定的。中央处理器控制电压调节器向载波放大器和峰值放大器当中的每一个供应与存储在表中的控制电压信息相对应的控制电压。

Description

功率放大装置和功率放大装置的控制方法
技术领域
本文所述的实施例一般涉及功率放大装置和功率放大装置的控制方法。
背景技术
常规地，具有载波放大器和峰值放大器的Doherty放大器被用作高效地放大输入功率的功率放大装置。
引用列表
专利文献
PTLI:WO2008/075561
发明内容
技术问题
在功率放大装置的实际操作中，存在以降低的平均输出功率电平使用功率放大装置的情况(功率降低操作的情况)。在这种情况下，存在功率放大装置在功率效率从峰值点减小的状态下被操作的情况。
本发明的一方面提供了功率放大装置和功率放大装置的控制方法，其使得即使功率放大装置执行功率降低操作也能够保持高效率。
问题的解决方案
根据一些实施例，功率放大装置具有Doherty放大器、电压调节器和中央处理器。Doherty放大器包括载波放大器和峰值放大器。载波放大器和峰值放大器当中的每一个都放大输入信号。Doherty放大器输出通过组合放大后的信号得到的输出信号。电压调节器向载波放大器和峰值放大器当中的每一个供应控制电压。中央处理器包括存储Doherty中所包括的载波放大器和峰值放大器当中的每一个的控制电压信息的表。控制电压信息是根据Doherty放大器以平均输出功率进行的操作而确定的。中央处理器控制电压调节器向载波放大器和峰值放大器当中的每一个供应与存储在表中的控制电压信息相对应的控制电压。
根据一些实施例，功率放大装置具有Doherty放大器、电压调节器和中央处理器。Doherty放大器包括载波放大器和峰值放大器。载波放大器和峰值放大器当中的每一个放大输入信号。Doherty放大器输出通过组合放大后的信号得到的输出信号。电压调节器向载波放大器和峰值放大器当中每一个供应控制电压。中央处理器包括存储Doherty放大器中所包括的载波放大器和峰值放大器当中每一个的控制电压信息的表。控制电压信息是根据Doherty放大器以平均输出功率进行的操作而确定的。功率放大装置的控制方法包括由中央处理器控制电压调节器向载波放大器和峰值放大器当中的每一个供应与存储在表中的控制电压信息相对应的控制电压。
附图说明
图1是示出使用通用Doherty放大器的功率放大装置200的配置的图。
图2是示出图1所示的功率放大装置200的功率效率的图。
图3是示出实施例的功率放大装置100的配置的图。
图4是示出图3所示的功率放大装置100的功率效率的图。
具体实施方式
首先，以下将参考图1描述使用通用Doherty放大器的功率放大装置的问题。图1是示出使用通用Doherty放大器的功率放大装置200的配置的图。功率放大装置200包括输入端子1、匹配电路4、载波放大器5、匹配电路6、λ/4线路7、λ/4线路8、匹配电路9、峰值放大器10、匹配电路11、λ/4线路13、以及输出端子14。
供应给输入端子1的输入信号2通过分支点3被供应给匹配电路4。匹配电路4是将输入信号2与载波放大器5中的放大元件的输入侧匹配的电路。因为载波放大器5中的放大元件被偏置到A类、AB类或B类，因此载波放大器5放大输入信号2，而不管输入信号2的功率电平。载波放大器5将放大后的输入信号2供应给匹配电路6。匹配电路6是将载波放大器5中的放大元件的输出与载波放大器5中的放大元件的输出匹配的电路。如果输入信号的功率电平低，则λ/4线路7充当执行对载波放大器5的输出进行阻抗变换的电路。
在分支点3被分支的输入信号2的相位被延迟90o，并且输入信号2被供应给匹配电路9。匹配电路9将其相位被延迟90o的输入信号2与峰值放大器10中的放大元件的输入侧匹配。因为峰值放大器10中的放大元件被偏置到C类，因此如果输入信号2的功率电平低，则峰值放大器10变为处于非操作状态。另一方面，如果输入信号2的功率电平高，则峰值放大器10变为处于操作状态并且放大输入信号2。峰值放大器10将放大的输入信号2供应给匹配电路11。匹配电路11将峰值放大器10中的放大元件的输出与峰值放大器10的输出匹配。λ/4线路7的输出和匹配电路11的输出在组合点处被组合。λ/4线路13对组合后的输出执行阻抗变换，以便将组合后的输出与连接到输出端子14的负载的阻抗匹配。被执行了阻抗变换的信号从输出端子14被供应，作为输出信号15。
在包括如上所述的配置的功率放大装置200中，在输入信号2的功率小于预定输入信号电平的情况下，只有载波放大器5线性地放大输入信号2。另一方面，在功率放大装置200中，在输入信号2的功率等于或大于预定输入信号电平的情况下，载波放大器5和峰值放大器10两者均线性地放大输入信号。由此，即使载波放大器5的放大特性饱和，整个Doherty放大器的放大特性的线性度也可以被维持。
图2是示出图1所示的功率放大装置200的功率效率的图。在图2中，横轴指示输出信号15的输出功率电平，而纵轴指示功率放大装置200的功率效率。
如图2所示，在输出功率电平是饱和输出功率电平31的情况下，载波放大器5和峰值放大器10在饱和功率电平处放大。在这种情况下，功率效率30变为峰值。另一方面，在图1所示的功率放大装置200的情况下，在从饱和输出功率电平31移位(后退)了预定电平的输出电平处(转折点35)，只有载波放大器5在饱和功率电平放大，而峰值放大器10不放大。另外，在这种情况下，功率效率30变成峰值。以这种方式，因为图1所示的功率放大装置200具有功率效率变成峰值的两个输出功率电平，因此其中功率效率高的输出功率电平的范围可以较大。这里，“后退”意味着放大器的平均输出功率与饱和输出功率之差。
顺便说一下，在功率放大装置用作用于广播的发送器的情况下，当数字调制信号被用作输入信号2时，有必要使PAR(峰值均值比)高并且使“后退”等于或大于PAR。因此，在功率放大装置用作用于广播的发送器的情况下，高效率可以通过使转折点35充当平均输出功率电平来实现。以这种方式，通过使用Doherty放大器，功率放大装置可以高效率地被使用。
但是，在图1所示的功率放大装置200被用作用于广播的功率放大装置的情况下，在实际操作中，存在以降低的平均输出功率电平使用功率放大装置的情况(执行功率降低操作的情况)。在这种情况下，功率效率沿图2所示的允许方向移动。因此，存在功率放大装置200在功率效率从峰值下降的点处(例如，图2所示的点38)操作的问题。
下文中，将参考图3描述可以解决该问题的功率放大装置。
在图3中，与图1所示的功率放大装置200中的那些相对应的部分被分配相同的附图标记，并且对其的描述将被省略。
实施例的功率放大装置100包括，添加到图1所示的功率放大装置200的中央处理器(CPU)21、输出监视器电路22、电压调节电路23(电压调节器)和电压调节电路24(电压调节器)。
中央处理器21从输出监视器电路22接收输出信号15的平均输出功率电平。根据该平均输出功率电平，中央处理器21确定要由电压调节电路23施加的控制电压，以及要由电压调节电路24施加的控制电压。
电压调节电路23将漏极电源的电压电平转换为由中央处理器21确定的控制电压的电平。电压调节电路23将转换后的电压(控制电压)施加到载波放大器5的放大元件的控制端子。
电压调节电路24将漏极电源的电压电平转换为由中央处理器21确定的控制电压的电平。电压调节电路24将转换后的电压(控制电压)施加到峰值放大器10中的放大元件的控制端子。以这种方式，实施例的功率放大装置100可以根据输出信号15的平均输出功率电平，独立地设置载波放大器5的漏极电压和峰值放大器10的漏极电压。
以下描述独立地控制载波放大器5的漏极电压和峰值放大器10的漏极电压的原因。
在Doherty放大器是对称的Doherty放大器的情况下，原因是要校正设备(功率放大单元)的个体差异。对称的Doherty放大器是包括两个具有相同的输出特性的放大器(载波放大器5和峰值放大器10)的放大器，并且还包括具有相同的配置的匹配电路。
在Doherty放大器是不对称的Doherty放大器的情况下，原因是存在峰值放大器的降低电压特性与载波放大器的降低电压特性不同的很多情况。例如，不对称的Doherty放大器是包括多个彼此并联连接的峰值放大器10的Doherty放大器。作为不对称Doherty放大器的另一个示例，可以使用在其中峰值放大器的功率放大元件与载波放大器的功率放大元件不同的Doherty放大器。
例如，载波放大器5的放大元件包括MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。在施加到放大元件的漏极端子(控制端子)的漏极电压(控制电压)降低的情况下，载波放大器5的输出信号的饱和功率电平也降低。
例如，峰值放大器10的放大元件包括MOSFET。在施加到放大元件的漏极端子的漏极电压降低的情况下，峰值放大器10的输出信号的饱和功率电平也降低。
中央处理器21包括存储施加到载波放大器5的控制电压和施加到峰值放大器10的控制电压的表。在该表中，施加到载波放大器5的控制电压(以下称为“控制电压Vd1”)和施加到峰值放大器10的控制电压(以下称为“控制电压Vd2”)与从功率放大装置100输出的输出信号15的平均输出功率(预定功率)相关联。例如，根据平均输出功率电平，如下所述的值作为控制电压Vd1和Vd2被存储在表中。
首先，与输出信号15的平均输出功率相关联的控制电压Vd1_1和Vd2_1被存储在表中，该输出信号15在功率放大装置100的额定操作中被输出。
另外，在中央处理器21中所包括的表中，在功率放大装置100的功率降低操作中输出的输出信号15的平均输出功率与控制电压Vd1_2和Vd2_2(控制电压信息)彼此关联作为组合，并且其多个组合被预先存储在表中。控制电压的每个组合是通过进行实验根据多个平均输出功率计算的。例如，与平均输出功率电平200[W]关联的控制电压Vd1_2和Vd2_2，以及与平均输出功率电平180[W]关联的控制电压Vd1_3和Vd2_3，与平均输出功率相关联并且被存储在表中。该实验被执行以确定最优控制电压(其功率效率在转折点变成峰值的电压)。在实验中，控制电压Vd1和控制电压Vd2在功率放大装置100的功率降低操作期间被顺序地改变，并且在平均输出功率处的功率效率和饱和输出功率被确认，以便确定最优控制电压。
接下来，以下将参考附图描述在功率放大装置100的功率降低操作中执行的设置控制电压的方法。图4是示出图3所示的功率放大装置100的功率效率的图。在图4中，横轴指示输出信号15的输出功率电平，而纵轴指示功率放大装置100的功率效率。
在图4中由虚线示出的功率效率40a指示在功率放大装置100的额定操作期间的功率效率。在功率效率40a中，在从饱和输出功率电平41a移位一个后退量(例如，8[dB])的点处存在转折点。因为转折点是在功率放大装置100的额定操作中的平均输出功率电平44a，因此功率放大装置100可以执行高效的操作。
在功率放大装置100在功率降低操作中被操作的情况下，输入信号2的功率电平相对于在额定操作的情况下的功率电平较低。输出监视器电路22监视输出信号15，并且将输出信号15的平均输出功率电平供应给中央处理器21。
中央处理器21从存储在表中的控制电压的组合中读出与平均输出功率电平相关联、并且要在功率降低操作中使用的控制电压的组合。例如，在平均输出功率电平是200[W]的情况下，与200[W]相关联的控制电压Vd1_2和Vd2_2从表中被读出。中央处理器21控制电压调节电路23向载波放大器5施加控制电压Vd1_2，并且控制电压调节电路24向峰值放大器10施加控制电压Vd2_2。在这些控制电压被施加的状态下，因为施加到载波放大器5的漏极电压与施加到峰值放大器10的漏电电压彼此不同，因此图4所示的转折点45可以与后退量匹配。
由此，在功率放大装置100的功率降低操作中的功率效率变为由图4中的实线所示的功率效率40。因此，功率放大装置100可以使功率效率在此处变成峰值的转折点45等于平均输出功率，并且可以执行功率降低操作。
例如，与本实施例不同，在功率降低操作中功率放大装置200不单独向载波放大器5和峰值放大器10施加电压。因此，参考图4，在功率放大装置200执行功率降低操作的情况下(例如，在功率放大装置200按照用作平均输出功率电平的虚线44操作的情况下)，功率放大装置200在功率效率40a的点48处操作，该点指示额定操作的功率效率。因此，功率放大装置200以低功率效率操作。
与此相反，在本实施例的功率放大装置100的情况下，如上所述，在功率降低操作中的功率效率是图4所示的功率效率40。因此，功率放大装置100可以按照用作平均输出功率电平的在转折点45处的输出功率电平(虚线44)进行操作，并且可以以高功率效率操作。
虽然已经描述了某些实施例，但这些实施例仅仅作为示例被给出，并且不意图限制本发明的范围。事实上，本文所描述的新颖方法和系统可以以各种其它形式体现；此外，在不背离本发明的精神的情况下，可以对本文所述的方法和系统的形式做出各种省略、替代和改变。所附的权利要求及其等效物意图涵盖落入本发明的范围和精神内的这样的形式或修改。
例如，控制电压Vd1_1和Vd2_1被设置为近似相同的电压。这是因为，如果不对称的Doherty放大器在功率放大装置100中被提供，则后退量可以被设置为，例如，8[dB]。但是，在额定操作中，在通过提供不对称的Doherty放大器对转折点处的输出功率和功率效率之间的特性进行精细调节的情况下，控制电压Vd1_1和Vd2_1可以彼此不同。
附图标记列表
100，200功率放大装置
1输入端子
2输入信号
4，6，9，10匹配电路
5载波放大器
7，8λ/4线路
10峰值放大器
13λ/4线路
14输出端子
15输出信号
21中央处理器
22输出监视器电路
23，24电压调节电路

Claims (4)

1.一种功率放大装置，包括：
Doherty放大器，其包括载波放大器和峰值放大器，所述载波放大器和所述峰值放大器当中的每一个放大输入信号，所述Doherty放大器输出通过组合放大后的信号得到的输出信号；
电压调节器，其向所述载波放大器和所述峰值放大器当中的每一个供应控制电压；以及
中央处理器，其包括存储由所述Doherty放大器包括的所述载波放大器和所述峰值放大器当中的每一个的控制电压信息的表，所述控制电压信息是根据所述Doherty放大器以平均输出功率进行的操作而确定的，所述中央处理器控制所述电压调节器向所述载波放大器和所述峰值放大器当中的每一个供应与存储在表中的所述控制电压信息相对应的控制电压。
2.如权利要求1所述的功率放大装置，还包括：
输出监视器电路，其检测所述Doherty放大器的输出功率，
其中，基于所述输出监视器电路的检测结果以及存储在表中的所述载波放大器和所述峰值放大器当中的每一个的控制电压信息，所述中央处理器控制所述电压调节器向所述载波放大器和所述峰值放大器当中的每一个供应控制电压。
3.如权利要求1或2所述的功率放大装置，
其中所述Doherty放大器是不对称的Doherty放大器。
4.一种功率放大装置的控制方法，其中功率放大装置包括Doherty放大器、电压调节器和中央处理器，所述Doherty放大器包括载波放大器和峰值放大器，所述载波放大器和所述峰值放大器当中的每一个放大输入信号，所述Doherty放大器输出通过组合放大后的信号得到的输出信号，所述电压调节器向所述载波放大器和所述峰值放大器当中的每一个供应控制电压，所述中央处理器包括存储由所述Doherty放大器包括的所述载波放大器和所述峰值放大器当中的每一个的控制电压信息的表，所述控制电压信息是根据所述Doherty放大器以平均输出功率进行的操作而确定的，所述方法包括：
由所述中央处理器控制所述电压调节器向所述载波放大器和所述峰值放大器当中的每一个供应与存储在表中的控制电压信息相对应的控制电压。
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