CN117837079A - 使用耦合器的功率放大器和包括该功率放大器的电子设备 - Google Patents

使用耦合器的功率放大器和包括该功率放大器的电子设备 Download PDF

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Abstract

本公开涉及第五代(5G)或预5G通信系统，其用于支持比第四代(4G)通信系统(诸如长期演进(LTE))更高的数据传输速率。根据各种实施例，无线通信系统的多尔蒂功率放大器包括第一功率放大器、第二功率放大器、第一传输线、4端口耦合器和负载阻抗，其中4端口耦合器可以包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，第一功率放大器通过第一端口与4端口耦合器耦合，第二功率放大器通过第四端口与4端口耦合器耦合，负载阻抗通过第三端口与4端口耦合器耦合，第一传输线设置在第一功率放大器和4端口耦合器的第一端口之间，第二端口可以是功率放大器的输出端。

Description

使用耦合器的功率放大器和包括该功率放大器的电子设备
技术领域
本公开总体上涉及无线通信系统，更具体地，涉及在无线通信系统中使用耦合器的功率放大器和包括该功率放大器的电子设备。
背景技术
为了满足自部署第四代(4G)通信系统以来增加的对无线数据流量的需求，已经努力开发改善的第五代(5G)或预5G通信系统。因此，5G或预5G通信系统也被称为“超越4G网络”或“后长期演进(LTE)系统”。
5G通信系统被认为是在更高频率(毫米(mm)波)频带(例如，60千兆赫兹(GHz)频带)中实现，以达到更高的数据速率。为了减少无线电波的传播损耗并增加传输距离，波束成形、大规模多输入多输出(MIMO)、全维MIMO(FD-MIMO)、阵列天线、模拟波束成形、大规模天线技术在5G通信系统中被讨论。
此外，在5G通信系统中，基于先进的小小区、云无线电接入网络(RAN)、超密集网络、设备到设备(D2D)通信、无线回程、移动网络、协作通信、协调多点(CoMP)、接收端干扰消除等，系统网络改善的开发正在进行。
在5G系统中，已经开发出了混合频移键控(FSK)和频率正交幅度调制(FQAM)以及滑动窗口叠加编码(SWSC)作为高级编码调制(ACM)、以及滤波器组多载波(FBMC)、非正交多址(NOMA)和稀疏码多址(SCMA)作为先进接入技术。
在5G系统中，电子设备可以使用具有高峰均功率比(PAPR)的调制方法以便处理许多数据容量。为了线性放大具有高PAPR的调制信号，功率放大器在功率电平从最大输出回退(back-off)预定值的回退区域中操作，而不是在具有最大输出的区域中操作。在这种情况下，在回退区域中操作的功率放大器的效率可能降低，并且功耗可能增加。为了扩大回退区域，可以使用包括两个功率放大器的多尔蒂(Doherty)功率放大器。然而，多尔蒂功率放大器可能具有有限的回退区域并且效率提高能力可能受到限制。
发明内容
技术问题
基于上述讨论，本公开提供了一种功率放大器的结构，其在无线通信系统中通过使用包括耦合器的多尔蒂功率放大器来扩大回退区域。
本公开的另一方面在于提供一种功率放大器的结构，其在无线通信系统中通过使用包括耦合器的功率放大器来放大具有高峰均功率比(PAPR)的信号。
本公开的另一方面在于提供一种功率放大器的结构，其在无线通信系统中通过使用包括耦合器的功率放大器来最小化功耗和热释放。
问题的解决方案
根据本公开的一方面，提供了一种无线通信系统的多尔蒂功率放大器。该多尔蒂功率放大器包括第一功率放大器、第二功率放大器、第一传输线、4端口耦合器和负载阻抗，4端口耦合器可以包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，第一功率放大器可以通过第一端口与4端口耦合器耦合，第二功率放大器可以通过第四端口与4端口耦合器耦合，负载阻抗可以通过第三端口与4端口耦合器耦合，第一传输线可以设置在第一功率放大器和4端口耦合器的第一端口之间，第二端口可以是功率放大器的输出端。
根据本公开的另一方面，提供了一种无线通信系统的电子设备。该电子设备包括至少一个处理器、与该至少一个处理器连接的多个射频(RF)链、以及与该多个RF链连接的多个天线元件，该多个RF链中的第一RF链可以包括多尔蒂功率放大器，该多尔蒂功率放大器可以包括第一功率放大器、第二功率放大器、第一传输线、4端口耦合器和负载阻抗，4端口耦合器可以包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，第一功率放大器可以通过第一端口与4端口耦合器耦合，第二功率放大器可以通过第四端口与4端口耦合器耦合，负载阻抗可以通过第三端口与4端口耦合器耦合，第一传输线可以设置在第一功率放大器和4端口耦合器的第一端口之间，第二端口可以是功率放大器的输出端。
发明的有益效果
根据本公开的各种实施例的装置可以通过与功率放大器连接的耦合器来扩大回退区域。
根据本公开的各种实施例的装置可以通过与功率放大器连接的耦合器线性地放大具有高峰均功率比(PAPR)的调制信号，并且可以提高效率。
根据本公开的各种实施例的装置可以通过与功率放大器连接的耦合器最小化功耗和热释放。
本公开中实现的效果不限于上面提到的那些，基于下面提供的描述，本领域技术人员可以清楚地理解上面未提到的其他效果。
附图说明
图1是示出根据本公开的实施例的无线通信环境的示例的视图；
图2a是示出根据本公开的实施例的多尔蒂功率放大器的结构的示例的视图；
图2b是示出根据本公开的实施例的包括耦合器的多尔蒂功率放大器的结构的示例的视图；
图2c是示出根据本公开的实施例的依据输出信号的功率放大器的功率附加效率(PAE)的示例的图；
图3是示出根据本公开的实施例的耦合器的示例的视图；
图4是示出根据本公开的实施例的包括耦合器的多尔蒂功率放大器的结构的示例的视图；
图5是示出根据本公开的实施例的耦合器的各种示例的视图；
图6是示出根据本公开的实施例的由集总元件配置的电路的各种示例的视图；
图7是示出根据本公开的实施例的调制阻抗的各种示例的视图；
图8是示出根据本公开的实施例的包括90°耦合线耦合器的多尔蒂功率放大器的结构的示例的视图；
图9a是示出根据本公开的实施例的包括90°耦合线耦合器的多尔蒂功率放大器在第一状态下的操作的示例的视图；
图9b是示出根据本公开的实施例的包括90°耦合线耦合器的多尔蒂功率放大器在第二状态下的操作的示例的视图；
图10a是示出根据本公开的实施例的依据输入电压的功率放大器的负载阻抗的示例的图；
图10b是示出根据本公开的实施例的依据输入电压的第一功率放大器的负载阻抗变化的示例的图；
图10c是示出根据本公开的实施例的依据输入电压的第二功率放大器的负载阻抗变化的示例的图；
图11是示出根据本公开的实施例的包括耦合器的多尔蒂功率放大器的依据输入电压的功率附加效率(PAE)的示例的图；以及
图12是示出根据本公开的实施例的电子设备的功能配置的视图。
关于附图的说明，相同或相似的附图标记可以用于相同或相似的部件。
具体实施方式
本公开中使用的术语用于描述特定的实施例并且不旨在限制其他实施例的范围。单数形式的术语可以包括复数形式，除非另有说明。这里使用的所有术语(包括技术术语或科学术语)可以具有与本领域技术人员一般理解的相同含义。还将理解，词典中定义的术语可以被解释为具有与相关技术的背景含义相同或相似的含义，而不以理想化的或过于形式化的方式来解释，除非这里在本公开中明确地如此定义。在一些情况下，即使术语是在说明书中定义的术语，但是它们也不应被解释为排除本公开的实施例。
在下面描述的本公开的各种实施例中，将通过举例来描述硬件方面方式方法。然而，本公开的各种实施例包括使用硬件和软件两者的技术，因此不排除基于软件的方式方法。
下文描述的本公开涉及用于在无线通信系统中通过包括耦合器的多尔蒂功率放大器来扩大功率的回退区域的装置和方法。具体地，本公开涉及通过向耦合器的一端(例如，端口)施加附加负载来扩大功率的回退区域的技术。
如这里所使用的，指示在以下描述中使用的装置的部件的术语(线、传输线、馈送线、匹配网络、功率放大器、多尔蒂功率放大器、载波放大器、峰化放大器、相位偏移、调制阻抗、耦合器、合路器、短截线(stub))、指示装置的部件的特定配置的术语(端口、端子、端、输入端、输出端)仅是为了便于说明的示例。因此，本公开不限于下面描述的术语，并且可以使用具有相同技术含义的其他术语。
图1示出了根据本公开的各种实施例的无线通信系统。图1示出了作为无线通信系统中使用无线信道的部分节点的基站110、终端120和终端130。图1仅示出了一个基站，但是可以进一步包括与基站110相同或相似的其他基站。
基站110是向终端120、130提供无线电接入的网络基础设施。基站110具有被定义为基于信号可被发送的距离的预定地理区域的覆盖范围。除了基站之外，基站110还可以被称为“接入点(AP)”、“eNodeB(eNB)”、“第五代(5G)节点”、“无线点”、“发送/接收点(TRP)”或具有与上面提到的术语相同的技术含义的其他术语。
终端120和终端130中的每个是由用户使用的设备，并且可以通过无线信道与基站110通信。根据情况，终端120和终端130中的至少一个可以在没有用户干预的情况下操作。即，终端120和终端130中的至少一个是执行机器类型通信(MTC)的设备，并且可以不由用户携带。除了终端之外，终端120和终端130中的每个还可以被称为“用户装备(UE)”、“移动站”、“订户站”、“客户驻地装备(CPE)”、“远程终端”、“无线终端”、“电子设备”、“用户设备”、或具有与上面提到的术语相同的技术含义的其他术语。
基站110、终端120、终端130可以在毫米波(mmWave)频带(例如，28GHz、30GHz、38GHz、60GHz)中发送和接收无线信号。在这种情况下，基站110、终端120、终端130可以执行波束成形以提高信道增益。这里，波束成形可以包括发送波束成形和接收波束成形。即，基站110、终端120、终端130可以为发送信号或接收信号赋予方向性。为了实现这一点，基站110和终端120、130可以通过波束搜索或波束管理过程来选择服务波束112、113、121、131。在选择服务波束112、113、121、131之后，可以通过与发送服务波束112、113、121、131的资源具有准共址(QCL)关系的资源来执行通信。
基站110或终端120、130可以包括天线阵列。包括在天线阵列中的每个天线可以被称为阵列元件或天线元件。本公开中的天线阵列被示出为二维平面阵列，但这仅是示例，本公开的其他实施例不限于此。天线阵列可以配置成各种形式，诸如线性阵列或多层。天线阵列可以被称为大规模天线阵列。此外，天线阵列可以包括多个子阵列，多个子阵列包括多个天线元件。
图2a示出了根据本公开的实施例的多尔蒂功率放大器的结构的示例。图2b示出了根据本公开的实施例的包括耦合器的多尔蒂功率放大器的结构的示例。
参照图2a，多尔蒂功率放大器(DPA)200可以包括功率分配器、第一功率放大器210、第二功率放大器220、阻抗逆变器和相位偏移。多尔蒂功率放大器200可以被配置为具有彼此耦合的第一功率放大器210和第二功率放大器。在这种情况下，通过功率分配器分配的功率可以分别输入到第一功率放大器210和第二功率放大器220。例如，第一功率放大器210可以由AB类偏置功率放大器配置，第二功率放大器220可以由C类偏置功率放大器配置。第一功率放大器210的输出端可以与阻抗逆变器耦合。这里，阻抗逆变器可以指用于调制负载的配置。例如，阻抗逆变器可以是传输线。在这种情况下，传输线可以具有Ropt的特性阻抗和90°的电长度。此外，为了通过阻抗逆变器补偿从第一功率放大器210输出的信号的相位变化，第二功率放大器220的输入端可以与相位偏移耦合。这里，相位偏移可以指用于转换通过信号的相位的配置。例如，相位偏移可以指传输线。在这种情况下，传输线可以具有90°的电长度。
参照图2b，除了图2a的多尔蒂功率放大器200的部件之外，多尔蒂功率放大器201可以进一步包括耦合器230。这里，耦合器230可以被称为4端口耦合器或定向耦合器。多尔蒂功率放大器201的第一功率放大器210可以与耦合器230的第一端口连接，第二功率放大器220可以与耦合器230的第四端口连接。此外，第一功率放大器220的输入端可以与相位偏移连接，该相位偏移是用于补偿将由耦合器230改变的信号的相位值的配置。这里，相位偏移可以指传输线。多尔蒂功率放大器201可以通过耦合器230的第二端口输出输入的信号(例如，RF信号)。此外，耦合器230的第三端口开路，使得多尔蒂功率放大器201即使在没有阻抗逆变器的情况也可以优化负载阻抗调制，这与图2a的多尔蒂功率放大器200不同。
为了线性地放大信号，相关技术的功率放大器(例如，AB类功率放大器)可以被设计为在功率电平从最大输出功率回退预定值的区域中操作，而不是在最大输出功率操作。在这种情况下，预定值可以被称为回退功率，并且回退功率可以基于峰均功率比(PAPR)值来确定。然而，相关技术的功率放大器可能具有窄的回退区域(例如，约6dB或更小)，为了克服该限制，设计了图2a的多尔蒂功率放大器200。
多尔蒂功率放大器200可以通过经由使用第一功率放大器210和第二功率放大器220调制放大器的负载阻抗的方法来提高回退区域中的效率。在这种情况下，第一功率放大器210可以被称为主功率放大器(PA)或载波功率放大器(PA)。第二功率放大器220可以被称为副功率放大器(PA)或峰化功率放大器(PA)。可以如下执行调制多尔蒂功率放大器200的负载阻抗的方法。在高输出功率的区域中，第一功率放大器210和第二功率放大器220可以通过相似的输出来输出功率，在低输出功率的区域中，只有第一功率放大器210可以操作而第二功率放大器220可以不操作。可以根据输出功率的电平来调制负载阻抗，并且可以通过调制后的阻抗来提高回退区域中的效率。包括耦合器的多尔蒂功率放大器201可以通过上述操作来执行相同的功能。
随着无线通信系统中诸如第五代(5G)或预5G的通信系统的发展，可以应用用于处理更多数据容量的调制方法。这样的调制方法可能需要高PAPR。然而，多尔蒂功率放大器200和多尔蒂功率放大器201可能只在约6dB的回退区域中提高效率，因此，关于具有高PAPR的调制信号的效率提高能力可能受到限制。为了解决这个问题，本公开提出了一种多尔蒂功率放大器(在下文中，耦合有调制阻抗的多尔蒂功率放大器)，其能够通过连接附加阻抗(在下文中，调制阻抗)元件来调整回退区域，该附加阻抗元件用于调制耦合器的端口之一的负载阻抗。在说明根据本公开的实施例的耦合有调制阻抗的多尔蒂功率放大器之前，将参照图2c描述根据本公开的耦合有调制阻抗的多尔蒂功率放大器和相关技术的功率放大器(例如，多尔蒂功率放大器、AB类功率放大器)之间的性能比较。
图2c是示出根据本公开的实施例的依据输出信号的功率放大器的功率附加效率(PAE)的示例的图。这里，PAE是与功率效率不同的概念，并且可以指的是仅考虑功率放大器中产生的功率的功率效率。例如，如果DC输入功率是15mW，向功率放大器供应的功率是1mW，并且从功率放大器输出的功率是10mW，则可以通过100*(10mW-1mW)/15mW＝60％来计算PAE。
参照图2c，图250示出了：第一线260，显示出依据AB类功率放大器的输出信号的功率的PAE；第二线270，显示出依据多尔蒂功率放大器(DPA)的输出信号的功率的PAE；以及第三线280，显示出依据本公开的耦合有调制阻抗的多尔蒂功率放大器的输出信号的功率的PAE。图250的水平轴线可以指示输出信号的功率(单位：dBm)，竖直轴线可以指示PAE(单位：％)。
参照第一线260，第一线260可以在输出信号的功率因最大输出而饱和时的功率PSAT处具有最大PAE值。然而，为了确保功率放大器的线性度，通过考虑PAPR而需要将功率回退预定值。例如，在功率从PSAT回退约6dB的区域中，PAE可以显著降低。
参照第二线270，第二线270可以像第一线260一样在PSAT处具有最大PAE值。然而，与第一线260不同，第二线270甚至在功率回退约6dB的区域中可以具有与PAE类似的值，并且在回退区域中可以获得高效率。然而，在功率回退约6dB或更多的回退区域中，第二线270的PAE可以显著降低。例如，在约9dB的回退区域中，第二线270的PAE可以比6dB的回退区域中的PAE更低。即，使用高阶调制方法的调制信号可以增大PAPR，并且相关有技术的多尔蒂功率放大器(例如，图2a的多尔蒂功率放大器200或图2b的多尔蒂功率放大器201)可能无法提供足以维持线性度的回退区域(约6dB或更大)。
参照第三线280，第三线280可以像第一线260一样在PSAT处具有最大PAE值。此外，即使在约6dB或更多的回退区域中，可以实现具有与PSAT处的PAE相同值的高效率。因此，根据本公开的耦合有调制阻抗的多尔蒂功率放大器(例如，图4的多尔蒂功率放大器400)可以提供能够根据高阶调制方法的使用相对于具有高PAPR的信号保持线性度的回退区域(例如，约6dB或更大)。下文中，将详细描述根据本公开的实施例的耦合有调制阻抗的多尔蒂功率放大器。
图3示出了根据本公开的实施例的耦合器的示例。图3的耦合器300可以被称为合路器或分隔器(divider)。例如，耦合器300可以指4端口耦合器或定向耦合器。
参照图3，耦合器300可以包括四个端口。例如，耦合器300可以包括第一端口301、第二端口302、第三端口303和第四端口304。第一端口301可以被称为输入端(输入)。第一端口301可以指与RF部件(诸如功率放大器)的输出端连接的端子。第二端口302可以被称为输出端(直通)。第二端口302可以指允许从RF部件(诸如功率放大器)的输出端输入的信号(例如，RF信号)经过耦合器300并通过耦合器300输出的端子。第三端口303可以被称为耦合端或另一输出端。第三端口303可以指通过其输出经由使用耦合器300输入到第一端口301的信号的一部分的端子。第四端口304可以被称为隔离端。第四端口304可以指实际不用于输入和输出并且用于稳定功率的端子。然而，耦合器300的各个端口的位置不限于图3所示的耦合器300的端口301至304的位置，并且可以根据与连接到耦合器300的其他部件(例如，功率放大器)的输出端连接的端口的位置来确定。此外，在本公开中，端口可以被称为具有与端子或端相似或相同技术含义的术语。
根据实施例，图3的耦合器300的第三端口303可以具有不传输功率的隔离特性。为了说明第三端口303的隔离特性，耦合器300的散射参数(或S参数)矩阵可以如下面给出的等式1所示来定义：
其中[S]可以是关于耦合器的散射参数的矩阵，α可以是第一幅度系数，β可以是第二幅度系数，e可以是欧拉数或纳皮尔常数，j可以是虚数单位，θ可以是相位系数。在这种情况下，当耦合器300中不存在损耗时，即在无损耦合器300的情况下，第一幅度系数和第二幅度系数之间的关系可以被表示为α2+β2＝1。
此外，输入到耦合器300的每个端口的方向上的功率可以由下面给出的等式2来定义：
其中[PIN]可以是关于输入到耦合器的每个端口的方向上的功率的矩阵，可以是输入到耦合器的第一端口的方向上的功率，/>可以是输入到耦合器的第二端口的方向上的功率，/>可以是输入到耦合器的第三端口的方向上的功率，/>可以是输入到耦合器的第四端口的方向上的功率。
在这种情况下，从耦合器300的每个端口输出的方向上的功率，即反射功率PREF，可以由上述等式来定义，并且PREF可以由下面给出的等式3来表示：
其中[PREF]可以是关于从耦合器的每个端口输出的方向上的功率的矩阵或关于反射功率的矩阵，[S]可以是关于耦合器的散射系数的矩阵，[PIN]可以是关于输入到耦合器的每个端口的方向上的功率的矩阵，可以是从耦合器的第一端口输出或反射的方向上的功率，/>可以是从耦合器的第二端口输出或反射的方向上的功率，/>可以是从耦合器的第三端口输出或反射的方向上的功率，/>可以是从耦合器的第四端口输出或反射的方向上的功率。
矩阵[PREF]的各个值和通过关于散射参数的矩阵[S]和关于输入方向上的功率的矩阵[PIN]的计算而确定的值之间的关系可以由下面给出的等式4来表示：
其中可以是从耦合器的第一端口输出或反射的方向上的功率，/>可以是从耦合器的第二端口输出或反射的方向上的功率，/>可以是从耦合器的第三端口输出或反射的方向上的功率，/>可以是从耦合器的第四端口输出或反射的方向上的功率，α是第一幅度系数，β可以是第二幅度系数，e是欧拉数或纳皮尔常数，j可以是虚数单位，θ可以是相位系数，/>可以是输入到耦合器的第一端口的方向上的功率，/>可以是输入到耦合器的第二端口的方向上的功率，/>可以是输入到耦合器的第三端口的方向上的功率，/>可以是输入到耦合器的第四端口的方向上的功率。
这里，每个端口的由输入方向上的功率和输出方向上的功率(或反射功率)定义的功率可以如下面给出的等式5所示来定义：
其中P1可以是耦合器的第一端口的功率，P2可以是耦合器的第二端口的功率，P3可以是耦合器的第三端口的功率，P4可以是耦合器的第四端口的功率，可以是从耦合器的第一端口输出或反射的方向上的功率，/>可以是从耦合器的第二端口输出或反射的方向上的功率，/>可以是从耦合器的第三端口输出或反射的方向上的功率，/>可以是从耦合器的第四端口输出或反射的方向上的功率，/>可以是输入到耦合器的第一端口的方向上的功率，/>可以是输入到耦合器的第二端口的方向上的功率，/>可以是输入到耦合器的第三端口的方向上的功率，/>可以是输入到耦合器的第四端口的方向上的功率。
换言之，每个端口处的功率可以指关于输入方向上的功率的绝对值的平方减去关于输出方向上的功率(反射功率)的绝对值的平方的值。可以通过考虑输入到每个端口或从每个端口输出的功率的方向性来确定每个端口处的功率。
在这种情况下，当耦合器300中没有损耗(α2+β2＝1)并且假设输入方向上的功率如下面给出的等式6所示时，每个端子处的功率可以由下面给出的等式7来计算：
其中[PIN]可以是关于输入到耦合器的每个端口的方向上的功率的矩阵，α可以是第一幅度系数，β可以是第二幅度系数，e可以是欧拉数或纳皮尔常数，j可以是虚数单位，θ可以是相位系数，P0可以是特定功率值。
P1＝α2P0-0
P2＝0-P0
P3＝0-0
P4＝β2P0-0 等式7
其中P1可以是耦合器的第一端口的功率，P2可以是耦合器的第二端口的功率，P3可以是耦合器的第三端口的功率，P4可以是耦合器的第四端口的功率，α可以是第一幅度系数，β可以是第二幅度系数，P0可以是特定功率值，α和β可以是满足α2+β2＝1的值。
参照上述等式，耦合器300的第三端口(即隔离端)的功率(P3)可以是0。换言之，第三端口303可以表现出不传输功率的隔离特性。在上述条件下，即使当连接特定负载时，连接到第三端口303的负载也可以不影响电路的功率分配特性。为了便于说明，将参照上述条件来描述根据本公开的实施例的耦合有调制阻抗的多尔蒂功率放大器。然而，本公开的实施例不限于这样的条件，即使不存在上述条件，通过调整功率放大器的部件的值，本公开也可以被解释为具有相同的技术意义。
图4示出了根据本公开的实施例的包括耦合器的多尔蒂功率放大器的结构的示例。
参照图4，多尔蒂功率放大器400可以包括功率分配器、第一功率放大器410、第二功率放大器420、耦合器430、匹配网络440、相位偏移445和调制阻抗450。第一功率放大器410可以被称为主PA或载波PA。此外，第二功率放大器420可以被称为副PA或峰化PA。
根据实施例，第一功率放大器410可以放大关于被分配并从功率分配器输入的信号(例如，RF信号)的功率。第一功率放大器410可以通过匹配网络440将放大后的信号发送到耦合器430。第二功率放大器420可以接收由相位偏移445对从功率分配器分配并输入的信号的相位进行补偿导致的信号。第二功率放大器420可以放大输入信号的功率并且可以将放大后的信号发送到耦合器430。根据实施例，第一功率放大器410可以由AB类功率放大器配置，第二功率放大器420可以由C类功率放大器配置。
根据实施例，耦合器430可以是4端口耦合器。图4的耦合器430可以被理解为与图3的耦合器300相同。因此，对图3的耦合器300的描述可以同样地应用于图4的耦合器430。这里，4端口耦合器可以被称为定向合路器或定向耦合器。耦合器430可以接收从第一功率放大器410或第二功率放大器420发送的信号，并且可以输出信号。在这种情况下，耦合器430的输出可以指多尔蒂功率放大器400的输出。此外，耦合器430可以是各种耦合器或如将在图5和图5中描述的由集总元件形成的等效电路。下面将参照图5和图6详细描述耦合器430的结构。
根据实施例，匹配网络440可以指用于负载调制的配置。例如，匹配网络440可以是传输线。在以下描述中，匹配网络440可以被称为第一传输线。匹配网络440可以配置为具有用于负载调制的特定条件的特性。换言之，匹配网络440可以是具有特性阻抗Ropt和电长度θ°的传输线(即，第一传输线)。
根据实施例，相位偏移445可以指用于补偿第一功率放大器410和第二功率放大器420之间的相位差的配置。例如，相位偏移445可以是传输线。在以下描述中，相位偏移445可以被称为第二传输线。相位偏移445可以是具有θPM°电长度以补偿相位差的传输线(即，第二传输线)。
根据实施例，调制阻抗450可以是特定电抗元件。例如，调制阻抗450可以是具有阻抗值jX的元件。这里，j可以是虚数单位，X可以指特定常数。调制阻抗450可以是作为具有如将在图7中描述的阻抗的无源元件的电容器或电感器，并且可以是在高频信号中基本上作为电容器和电感器操作的开路短截线或短路短截线。将参照图7详细描述调制阻抗450的结构。
根据实施例，调制阻抗450可以与耦合器430的端口之一连接。例如，调制阻抗450可以与耦合器430的第三端口连接。当调制阻抗450与耦合器430的第三端口连接时，可以调整调制阻抗450的阻抗值，因此，可以调制匹配网络440和第一功率放大器410之间在朝向匹配网络440的方向上的阻抗(即放大器的负载阻抗)。当调制放大器的负载阻抗时，可以扩大功率放大器(例如，多尔蒂功率放大器400)的回退区域，如下面将描述的。将根据图9a和图9b中的功率放大器的状态来详细描述根据添加调制阻抗450的多尔蒂功率放大器400的操作。
参照图4，根据本公开的实施例的耦合有调制阻抗的多尔蒂功率放大器400可以包括第一功率放大器410和第二功率放大器420、耦合器430、匹配网络440(第一传输线)、相位偏移445(第二传输线)、以及调制阻抗450。在这种情况下，图4的多尔蒂功率放大器400的耦合器430可以不是指具有特定结构的耦合器，而是指如图4所示的特定耦合器。此外，图4的多尔蒂功率放大器400的调制阻抗450可以不是指具有特定结构的阻抗，而是指特定阻抗。就此而言，下文将参照图5至图7描述耦合器和调制阻抗的各种结构。
图5示出了根据本公开的实施例的耦合器的各种示例。图5的视图500示出了关于图4的耦合器430的各种耦合器510至540。然而，根据本公开的实施例的耦合有调制阻抗的多尔蒂功率放大器的耦合器不应被解释为限于图5所示的耦合器。
参照图5，视图500示出了耦合线耦合器510、兰格(lange)耦合器520、混合耦合器530、环形混合耦合器540。
耦合线耦合器510可以指具有彼此相邻设置的两条线的耦合器。在这种情况下，可以根据彼此相邻设置的两条线之间的间隙和长度来调整耦合量。耦合线耦合器510的各个端口(第一至第四端口)可以被理解为与图3的耦合器300的端口301至304相同。换言之，耦合线耦合器510的第一端口可以指输入端，第二端口可以指输出端(直通(through))，第三端口303可以指耦合端或另一输出端，第四端口304可以指隔离端。
兰格耦合器520可以指形成有弯曲线的耦合器。因此，与其他耦合器相比，兰格耦合器520可以形成为具有相对小的尺寸。兰格耦合器520的各个端口(第一至第四端口)可以被理解为与图3的耦合器300的各个端口301至304相同。换言之，兰格耦合器510的第一端口可以指输入端，第二端口可以指输出端(直通)，第三端口303可以指耦合端或另一输出端，第四端口304可以指隔离端。
混合耦合器530可以指通过并联布置的支线(例如，Z1和Z3)连接线直接耦合的耦合器。因此，混合耦合器530可以被称为支线耦合器。混合耦合器530的各个端口(第一至第四端口)可以被理解为与图3的耦合器300的各个端口301至304相同。换言之，混合耦合器530的第一端口可以指输入端，第二端口可以指输出端(直通)，第三端口303可以指耦合端或另一输出端，第四端口304可以指隔离端。
环形混合耦合器540可以指具有圆形线和布置在其中的四个端口的耦合器。环形混合耦合器540的各个端口(第一至第四端口)可以被理解为与图3的耦合器300的各个端口301至304相同。换言之，环形混合耦合器540的第一端口可以指输入端，第二端口可以指输出端(直通)，第三端口303可以指耦合端或另一输出端，第四端口304可以指隔离端。
图6示出了根据本公开的实施例的由集总元件配置的电路的各种示例。图6的视图600示出了将集总元件用于图4的耦合器430的各种等效电路610至640。电路610至640可以指与图4的耦合器430电学上相同的配置。图6示出了各种等效电路610至640，但是根据本公开的各种实施例的耦合有调制阻抗的多尔蒂功率放大器的耦合器不应被解释为限于图6所示的电路。
参照图6，视图600示出了第一电路610、第二电路620、第三电路630和第四电路640。参照第一电路610至第三电路630，该电路可以通过多个电容器和多个电感器配置与耦合器电学上相同的结构。此外，参照第四电路640，该电路可以通过多个电容器和多个传输线配置与耦合器电学上相同的结构。在这种情况下，第一电路610至第四电路640的各个端口(第一端口至第四端口)可以被理解为与图3的耦合器300的各个端口301至304相同。换言之，第一电路610至第四电路640的第一端口可以指输入端，第二端口可以指输出端(直通)，第三端口可以指耦合端或另一输出端，第四端口可以指隔离端。
图7示出了根据本公开的实施例的调制阻抗的各种示例。图7的视图700示出了图4的调制阻抗450的结构的示例。图7示出了调制阻抗的结构的示例，但是根据本公开的实施例的耦合有调制阻抗的多尔蒂功率放大器的调制阻抗不应被解释为限于图7所示的结构。
参照图7，视图700示出了电容器710、电感器720、开路短截线730和短路短截线740。如下面将参照图9a和图9b所述，调制阻抗可以由无损阻抗元件配置。即，调制阻抗可以指电抗元件，而不是电阻率元件。根据实施例，本公开的调制阻抗可以包括电容器710或电感器720。然而，尽管图7仅示出了电容器710或电感器720，但是调制阻抗可以由电容器710和电感器720的组合来配置。根据实施例，调制阻抗可以包括开路短截线730或短路短截线740。当频带高(诸如RF信号)时，短截线可以作为电容器或电感器操作。例如，开路短截线730可以在高频作为电容器操作。此外，例如，短路短截线740可以在高频作为电感器操作。
图8示出了根据本公开的实施例的包括90°耦合线耦合器的多尔蒂功率放大器的结构的示例。图8的90°耦合线耦合器可以指图5的耦合线耦合器510的示例。即，90°耦合线耦合器可以指具有布置为彼此重叠λ/4长度的两条线的耦合线耦合器510。这里，λ可以指经过耦合线耦合器510的信号的波长。包括图8的90°耦合线耦合器的多尔蒂功率放大器800仅是为了便于说明的示例，本公开不限于此。例如，根据本公开的实施例的耦合有调制阻抗的多尔蒂功率放大器可以包括图5的其他耦合器的结构或具有与图6的耦合器电学上相同的结构的电路。
参照图8，多尔蒂功率放大器800可以包括功率分配器、第一功率放大器810、第二功率放大器820、90°耦合线耦合器830、匹配网络840、相位偏移845和调制阻抗850。多尔蒂功率放大器800可以被理解为与图4的多尔蒂功率放大器400相同。换言之，对多尔蒂功率放大器400的描述可以同样地应用于多尔蒂功率放大器800。
根据实施例，第一功率放大器810可以放大关于由功率分配器分配并输入的信号(例如，RF信号)的功率。第一功率放大器810可以通过匹配网络840将放大后的信号发送到耦合器830。第二功率放大器820可以接收通过相位偏移845对从功率分配器分离并输入的信号的相位进行补偿导致的信号。第二功率放大器820可以放大输入信号的功率，并且可以将信号发送到90°耦合线耦合器830。根据实施例，第一功率放大器810可以由AB类功率放大器配置，第二功率放大器820可以由C类功率放大器配置。在以下描述中，第一功率放大器810可以被称为主PA或载波PA。此外，第二功率放大器820可以被称为副PA或峰化PA
根据实施例，90°耦合线耦合器830可以是4端口耦合器。这里，4端口耦合器可以被称为定向合路器或定向耦合器。90°耦合线耦合器830可以接收从第一功率放大器810或第二功率放大器820发送的信号，并且可以输出接收到的信号。在这种情况下，90°耦合线耦合器830的输出可以指多尔蒂功率放大器800的输出。
根据实施例，匹配网络840可以指用于负载调制的配置。例如，匹配网络840可以是传输线。在以下描述中，匹配网络840可以被称为第一传输线。匹配网络840可以被配置为具有用于负载调制的特定条件的特性。换言之，匹配网络840可以是具有特性阻抗Ropt和电长度θ°的传输线(即，第一传输线)。
根据实施例，相位偏移845可以指用于补偿第一功率放大器810和第二功率放大器820之间的相位差的配置。例如，相位偏移845可以是传输线。在以下描述中，相位偏移845可以被称为第二传输线。相位偏移845可以是具有θ°+90°电长度以补偿相位差的传输线(即，第二传输线)。图8的相位偏移445的电长度是图4的相位偏移445的电长度的示例性值，通过经由90°耦合线耦合器830精确地补偿相位差，可以更有效地执行本公开的负载阻抗调制。
根据实施例，调制阻抗850可以是特定电抗元件。例如，调制阻抗850可以是具有阻抗值jX的元件。这里，j可以是虚数单位，X可以是特定常数。调制阻抗850可以是作为具有如图7中所述的阻抗的无源元件的电容器或电感器，并且可以是在高频信号中基本上作为电容器和电感器操作的开路短截线或短路短截线。
根据实施例，调制阻抗850可以与90°耦合线耦合器830的端口之一连接。例如，调制阻抗850可以与90°耦合线耦合器830的第三端口连接。当调制阻抗850与90°耦合线耦合器830的第三端口连接时，可以调整调制阻抗850的阻抗值，因此，可以调制调整匹配网络840和第一功率放大器810之间朝向匹配网络840的方向上的阻抗(即，放大器的负载阻抗)。当调制放大器的负载阻抗时，可以扩大功率放大器(例如，多尔蒂功率放大器800)的回退区域，如下面将描述的。将根据图9a和图9b的功率放大器的状态来详细描述根据添加调制阻抗850的多尔蒂功率放大器800的操作。
图9a示出了根据本公开的实施例的包括90°耦合线耦合器的多尔蒂功率放大器在第一状态下的操作的示例。图9b示出了根据本公开的实施例的包括90°耦合线耦合器的多尔蒂功率放大器在第二状态下的操作的示例。
图9a的多尔蒂功率放大器900和图9b的多尔蒂功率放大器905可以被理解为与图8的多尔蒂功率放大器800相同。因此，多尔蒂功率放大器900和多尔蒂功率放大器905的结构可以被理解为与图8的多尔蒂功率放大器800的结构相同。在下文中，将描述多尔蒂功率放大器900在第一状态下和多尔蒂功率放大器905在第二状态下的操作过程，将不描述与图8中描述的内容相同的内容。这里，第一状态可以指低功率(LP)状态，第二状态可以指高功率(HP)状态。低功率和高功率可以参照最大输出功率相对地确定。
参照图9a，多尔蒂功率放大器900可以包括功率分配器、第一功率放大器910、第二功率放大器920、90°耦合线耦合器930、匹配网络940(即，第一传输线)、相位偏移945(即，第二传输线)和调制阻抗950。
根据实施例，在第一状态下(即，在LP状态下)，多尔蒂功率放大器900的第二功率放大器920可以被控制为不操作。当第二功率放大器920不操作时，从第二功率放大器920的输出端看到的阻抗可以是无穷大(∞)。在这种情况下，90°耦合线耦合器930可以基本上作为2端口滤波器来操作。
根据实施例，从90°耦合线耦合器930的第一端口(即，输入端)看到的阻抗Z1可以被定义为调制阻抗950的函数。为了定义关于从第一端口看到的阻抗Z1的等式，关于90°耦合线耦合器930的Z参数(阻抗矩阵)可以由下面给出的等式8来表示：
其中Ze可以是90°耦合线耦合器的偶模式下的阻抗，Zo可以是90°耦合线耦合器的奇模式下的阻抗，IC可以是输入到90°耦合线耦合器的第一端口的电流，k可以是指示阻抗的调制因子的常数，Z1可以是从90°耦合线耦合器的第一端口看到的阻抗，IR可以是从90°耦合线耦合器的第三端口输出的电流，j可以是虚数单位，X可以是调制阻抗的电抗，VP可以是90°耦合线耦合器的第四端口的电压，IL可以是从90°耦合线耦合器的第二端口输出的电流，ZL可以是从90°耦合线耦合器的第二端口看到的阻抗或多尔蒂功率放大器的负载阻抗。
为了定义关于从第一端口看到的阻抗Z1的等式，端子匹配负载阻抗Z0和90°耦合线耦合器的耦合系数C可以如下面给出的等式9中那样相对于Ze和Zo来排列：
其中Z0可以是90°耦合线耦合器的端子匹配负载阻抗，Ze可以是90°耦合线耦合器的偶模式下的阻抗，Zo可以是90°耦合线耦合器的奇模式下的阻抗，C可以是90°耦合线耦合器的耦合系数。在这种情况下，Z0可以指当耦合器的所有端口处没有发生反射时每个端口的阻抗。
如果重新排列上述等式，则从第一端口看到的阻抗Z1可以由如下面给出的等式10所示的关于Z0、C、ZL和X的等式重新排列：
其中Z1可以是从90°耦合线耦合器的第一端口看到的阻抗，Z0可以是90°耦合线耦合器的端子匹配负载阻抗，C可以是90°耦合线耦合器的耦合系数，X可以是调制阻抗的电抗，ZL可以是从90°耦合线耦合器的第二端口看到的阻抗或多尔蒂功率放大器的负载阻抗。
因此，从第一端口看到的阻抗Z1可以基于调制阻抗950的电抗值来确定。在这种情况下，匹配网络940的输入端和输出端之间的关系可以由传输线理论来确定，从第一功率放大器910的输出端看到的阻抗Z1 *可以由下面给出的等式11来定义：
其中可以是从第一功率放大器的输出端看到的阻抗，Ropt可以是匹配网络(第一传输线)的特性阻抗，θ°可以是匹配网络(第一传输线)的电长度，j可以是虚数单位，k可以是指示阻抗的调制因子的常数。
根据实施例，在第二状态(即，HP状态)下，多尔蒂功率放大器905的第二功率放大器920可以与在第一状态下不同地操作。在这种情况下，多尔蒂功率放大器905的第一功率放大器910的输出电流和多尔蒂功率放大器905的第二功率放大器920的输出电流之间的电平比可以被定义为1：λ。这里，λ可以指第二功率放大器920的输出端处的电流与第一功率放大器910的输出端处的电流的电平比。例如，在对称多尔蒂功率放大器的情况下，λ可以是1。此外，例如，在非对称多尔蒂功率放大器的情况下，λ可以小于1或大于1。
当满足如图3中描述的等式6中那样的入射功率条件时，多尔蒂功率放大器905的调制阻抗950可以连接到隔离状态的第三端口。因此，调制阻抗950可以不影响从第一功率放大器910的输出端看到的负载阻抗。为了定义多尔蒂功率放大器的负载阻抗ZL、90°耦合线耦合器的端子匹配负载阻抗Z0和第二状态下的90°耦合线耦合器的耦合系数C，关于多尔蒂功率放大器905的90°耦合线耦合器930的Z参数(阻抗矩阵)可以由下面给出的等式12来表示：
其中Ze可以是90°耦合线耦合器的偶模式下的阻抗，Zo可以是90°耦合线耦合器的奇模式下的阻抗，IC可以是输入到90°耦合线耦合器的第一端口的电流，Ropt可以是匹配网络(第一传输线)的特性阻抗，λ可以是第二功率放大器的输出端处的电流与第一功率放大器的输出端处的电流的电平比，j可以是虚数单位，IL可以是从90°耦合线耦合器的第二端口输出的电流，ZL可以是从90°耦合线耦合器的第二端口看到的阻抗或多尔蒂功率放大器的负载阻抗。
如果解出上述关于第二状态下的Z参数的矩阵，则多尔蒂功率放大器的负载阻抗ZL、90°耦合线耦合器的端子匹配负载阻抗Z0和90°耦合线耦合器的耦合系数C可以如下面给出的等式13所示来定义：
其中Ropt可以是匹配网络(第一传输线)的特性阻抗，λ可以是第二功率放大器的输出端处的电流与第一功率放大器的输出端处的电流的电平比，ZL可以是从90°耦合线耦合器的第二端口看到的阻抗或多尔蒂功率放大器的负载阻抗。
参照上述等式，关于匹配网络的电长度的正切值tan(θ°)和调制阻抗的电抗值jX可以如下面给出的等式14所示重新排列：
其中j可以是虚数单位，X可以是调制阻抗的电抗，λ可以是第二功率放大器的输出端处的电流与第一功率放大器的输出端处的电流的电平比，k可以是指示阻抗的调制因子的常数，θ°可以是匹配网络(第一传输线)的电长度，Ropt可以是匹配网络(第一传输线)的特性阻抗。
这里，Ropt可以指使第一功率放大器具有最大输出功率的负载阻抗。因此，Ropt可以是根据放大器的性能和类型确定的值。因此，在上述等式中，Ropt可以是固定值。因此，可以基于设计的调制阻抗的电抗值jX和关于设计的匹配网络的电长度的正切值tan(θ°)来确定λ。此外，可以基于设计的调制阻抗的电抗值jX和关于设计的匹配网络的电长度的正切值tan(θ°)来确定k。
如果重新排列上述等式，则回退功率(Pbackoff)可以由如下面给出的等式15所示的关于k和λ的等式来表示。这里，回退功率可以指功率电平从最大输出功率回退的区域(即，回退区域)的功率之间的差值。
Pbackoff(dB)＝10logk+10log(λ+1) 等式15
其中Pbackoff可以是指示多尔蒂功率放大器中功率电平回退的范围的功率，λ可以是第二功率放大器的输出端处的电流与第一功率放大器的输出端处的电流的电平比，k可以是指示阻抗的调制比的常数。
综上所述，根据本公开的实施例的耦合有调制阻抗的多尔蒂功率放大器的回退功率Pbackoff可以由从多尔蒂功率放大器的第一功率放大器的输出端看到的阻抗的调制因子(k)以及第一功率放大器和第二功率放大器之间的电流电平之比λ来确定。可以基于调制阻抗的电抗和匹配网络来确定k和λ，可以根据调制阻抗的电抗值和匹配网络的特性(特性阻抗和电长度)来调整回退功率Pbackoff。
参照上面的描述，从第一功率放大器的输出端看到的调制阻抗的值可以由从第一功率放大器的输出端看到的阻抗的调制因子(k)来确定。例如，参照关于/>的等式，随着关于传输线的电长度的正切值越大，/>可以更接近kRopt。此外，回退功率可以由从第一功率放大器的输出端看到的阻抗的调制因子(k)来确定。在下文中，将参照图10a至图11描述当根据本公开的实施例的耦合有调制阻抗的多尔蒂功率放大器对称(即，λ＝1)时，从第一功率放大器的输出端看到的负载阻抗以及根据从第一功率放大器的输出端看到的阻抗的调制因子(k)的回退功率。
图10a是示出根据本公开的实施例的依据输入电压的功率放大器的负载阻抗的示例的图。图10a中的图指示根据施加到每个放大器(例如，图4的多尔蒂功率放大器400的第一功率放大器410和第二功率放大器420，或图8的多尔蒂功率放大器800的第一功率放大器810和第二功率放大器820)的输入端的电压的电平的负载阻抗。为了便于说明，假设多尔蒂功率放大器的第一功率放大器(或主放大器、载波放大器)和第二功率放大器(或副放大器、峰化放大器)对称(λ＝1)。
参照图10a，图1000包括指示根据第一功率放大器(即，载波PA)的输入电压的负载阻抗值的实线、以及指示根据第二功率放大器(即，峰化PA)的输入电压的负载阻抗值的虚线。具体地，图1000可以显示：第一线1010，示出k(放大器的负载阻抗的调制因子)是2的情况；第二线1020，示出k是3的情况；第三线1030，示出k是4的情况。图1000可以显示：第四线1015，示出k是2的情况；第五线1025，示出k是3的情况；第六线1035，示出k是4的情况。图1000的水平轴线可以指示放大器的输入端的电压电平(单位：V)，竖直轴线可以指示负载阻抗(单位：Ω)。
参照第一线1010，当第一功率放大器的输入电压电平是最大值(VIN,MAX)时，负载阻抗可以是约Ropt。此外，随着第一功率放大器的输入电压的电平逐渐降低，负载阻抗可以收敛到约2Ropt。在这种情况下，在负载阻抗开始收敛时，第一功率放大器的输入电压的电平可以是约VIN,MAX/2。另一方面，参照第四线1015，当第二功率放大器的输入电压电平是最大值(VIN,MAX)时，负载阻抗可以是约Ropt，这与第一功率放大器的负载阻抗类似。然而，随着第二功率放大器的输入电压的电平逐渐降低，负载阻抗可以收敛到无穷大(∞)。即，比较第一线1010和第四线1015，当根据本公开的实施例的多尔蒂功率放大器处于第二状态(即，HP状态)时，多尔蒂功率放大器的第一功率放大器和第二功率放大器两者可以具有约Ropt的负载阻抗。此外，当根据本公开的实施例的多尔蒂功率放大器处于第一状态(即，LP状态)时，多尔蒂功率放大器的第一功率放大器可以具有约2Ropt的负载阻抗，第二功率放大器可以具有无穷大(∞)的负载阻抗。
参照第二线1020，当第一功率放大器的输入电压电平是最大值(VIN,MAX)时，负载阻抗可以是约Ropt。此外，随着第一功率放大器的输入电压的电平逐渐降低，负载阻抗可以收敛到约3Ropt。在这种情况下，在负载阻抗开始收敛时，第一功率放大器的输入电压的电平可以是约VIN,MAX/2和约VIN,MAX/4之间的值。另一方面，参照第五线1025，当第二功率放大器的输入电压电平是最大值(VIN,MAX)时，负载阻抗可以是约Ropt，这与第一功率放大器的负载阻抗类似。然而，随着第二功率放大器的输入电压的电平逐渐降低，负载阻抗可以收敛到无穷大(∞)。即，比较第二线1020和第五线1025，当根据本公开的实施例的多尔蒂功率放大器处于第二状态(即，HP状态)时，多尔蒂功率放大器的第一功率放大器和第二功率放大器两者可以具有约Ropt的负载阻抗。此外，当根据本公开的实施例的多尔蒂功率放大器处于第一状态(即，LP状态)时，多尔蒂功率放大器的第一功率放大器可以具有约3Ropt的负载阻抗，第二功率放大器可以具有无穷大(∞)的负载阻抗。
参照第三线1030，当第一功率放大器的输入电压电平是最大值(VIN,MAX)时，负载阻抗可以是约Ropt。此外，随着第一功率放大器的输入电压的电平逐渐降低，负载阻抗可以收敛到约4Ropt。在这种情况下，在负载阻抗开始收敛时，第一功率放大器的输入电压的电平可以是约VIN,MAX/4。另一方面，参照第六线1035，当第二功率放大器的输入电压电平是最大值(VIN,MAX)时，负载阻抗可以是约Ropt，这与第一功率放大器的负载阻抗类似。然而，随着第二功率放大器的输入电压的电平逐渐降低，负载阻抗可以收敛到无穷大(∞)。即，比较第三线1030和第六线1035，当根据本公开的实施例的多尔蒂功率放大器处于第二状态(即，HP状态)时，多尔蒂功率放大器的第一功率放大器和第二功率放大器两者可以具有约Ropt的负载阻抗。此外，当根据本公开的实施例的多尔蒂功率放大器处于第一状态(即，LP状态)时，多尔蒂功率放大器的第一功率放大器可以具有约4Ropt的负载阻抗，第二功率放大器可以具有无穷大(∞)的负载阻抗。
图10b是示出根据本公开的实施例的依据输入电压的第一功率放大器的负载阻抗变化的示例的图。
参照图1050，示出了：第一线1051，指示在放大器的负载阻抗的调制因子(k)是2的情况下负载阻抗的变化；第二线1053，指示在k是3的情况下负载阻抗的变化；第三线1055，指示在k是4的情况下负载阻抗的变化。参照第一线1051，放大器的负载阻抗可以是2Ropt和Ropt之间的值。参照第二线1053，放大器的负载阻抗可以是3Ropt和Ropt之间的值。参照第三线1055，放大器的负载阻抗可以是4Ropt和Ropt之间的值。换言之，参照第一线1051至第三线1055，可以根据k来确定负载阻抗的范围。
图10c是示出根据本公开的实施例的依据输入电压的第二功率放大器的负载阻抗变化的示例的图。
图1060显示调制阻抗是电感性的情况，并且示出了：第一线1061，指示在放大器的负载阻抗的调制因子(k)是2的情况下负载阻抗的变化；第二线1063，指示在k是3的情况下负载阻抗的变化；第三线1065，指示在k是4的情况下负载阻抗的变化。参照第一线1061，放大器的负载阻抗可以是在∞和Ropt之间的值。第一线1061可以形成为线线形状，指示相位值固定为0。参照第二线1063，放大器的负载阻抗可以是∞和Ropt之间的值。第二线1063可以形成为弯曲形状，指示相位值是可变的。参照第三线1065，放大器的负载阻抗可以是∞和Ropt之间的值。第三线1065可以形成为弯曲形状，指示相位值是可变的，并且第三线1065的相位值的变化率可以大于第二线1063的相位值的变化率。此外，参照第二线1063和第三线1065，因为调制阻抗是电感性的，所以放大器(即，第二功率放大器)的负载阻抗可以具有正相位值。
图1070显示调制阻抗是电容性的情况，并且示出了：第四线1071，指示在放大器的负载阻抗的调制因子(k)是2的情况下负载阻抗的变化；第五线1073，指示在k是3的情况下负载阻抗的变化；第六线1075，指示在k是4的情况下负载阻抗的变化。参照第四线1071，放大器的负载阻抗可以是在∞和Ropt之间的值。第四线1071可以形成为线性形状，指示相位值固定为0。参照第五线1073，放大器的负载阻抗可以是∞和Ropt之间的值。第五线1073可以形成为弯曲形状，指示相位值是可变的。参照第六线1075，放大器的负载阻抗可以是∞和Ropt之间的值。第六线1075可以形成为弯曲形状，指示相位值是可变的，并且第六线1075的相位值的变化率可以大于第五线1073的相位值的变化率。此外，参照第五线1073和第六线1075，因为调制阻抗是电容性的，所以放大器(即，第二功率放大器)的负载阻抗可以具有负相位值。
如上所述，在根据本公开的实施例的耦合有调制阻抗的多尔蒂功率放大器的情况下，可以调整放大器的负载阻抗的调制因子，因此，可以调整负载阻抗的值。具体地，当多尔蒂功率放大器处于第一状态时，可以调整放大器的负载阻抗的调制因子，因此，可以确定第一功率放大器的负载阻抗通过调制因子收敛到的值。因此，可以通过调整连接到如图9a和图9b中的耦合器的一个端口的调制阻抗来调制放大器的负载阻抗。此外，调制放大器的负载阻抗指示可以调整调制因子并且可以调整回退功率的值。在下文中，将参照图11描述根据调制因子变化的功率附加效率(PAE)变化。
图11是示出根据本公开的实施例的包括耦合器的多尔蒂功率放大器的依据输入电压而改变的功率附加效率(PAE)的示例的图。这里，包括耦合器的多尔蒂功率放大器可以指调制阻抗(即，电抗元件)连接到耦合器的一个端口的结构。为了便于说明，假设多尔蒂功率放大器的第一功率放大器和第二功率放大器对称(λ＝1)。图1100的水平轴线可以指示放大器的输入端的电压电平(单位：V)，竖直轴线可以指示功率附加效率(PAE)(单位：％)。
参照图1100，示出了：第一线1110，指示在放大器的负载阻抗的调制因子(k)是2的情况下PAE的变化；第二线1120，指示在k是3的情况下PAE的变化；第三线1130，指示在k是4的情况下PAE的变化。参照第一线1110，当放大端的输入电压的电平是最大值(VIN,MAX)(即，放大器的输出是最大值)时，PAE可以是约80％。此外，当放大端的输入电压的电平是约VIN,MAX/2时，PAE可以是约80％，这与输入电压的电平是最大值时的PAE类似。这意味着，如果k＝2，则放大器的回退功率是约6dB。参照第二线1120，当放大端的输入电压的电平是最大值(VIN,MAX)(即，放大器的输出是最大值)时，PAE可以是约80％。此外，当放大端的输入电压的电平是约VIN,MAX/2和约VIN,MAX/4之间的值时，PAE可以是约80％，这与当输入电压的电平是最大值时的PAE类似。这意味着，如果k＝3，则放大器的回退功率可以是约8dB。参照第三线1130，当放大端的输入电压的电平是最大值(VIN,MAX)(即，放大器的输出是最大值)时，PAE可以是约80％。此外，当放大端的输入电压的电平是约VIN,MAX/4时，PAE可以是约80％，这与输入电压的电平是最大值时的PAE类似。这意味着，如果k＝4，则放大器的回退功率可以是约9dB。
如上所述，在根据本公开的实施例的耦合有调制阻抗的多尔蒂功率放大器的情况下，可以调整放大器的负载阻抗的调制因子，因此，可以调整负载阻抗。具体地，当多尔蒂功率放大器处于第一状态时，可以调整放大器的负载阻抗的调制因子，因此，可以确定第一功率放大器的负载阻抗通过调制因子收敛到的值。因此，可以通过调整连接到如图9a和图9b中所述的耦合器的一个端口的调制阻抗来调制放大器的负载阻抗。此外，调制放大器的负载阻抗指示可以调整调制因子并且可以调整回退功率的值。
与相关技术的放大器结构(例如，AB类、多尔蒂功率放大器、包括图2b的耦合器的功率放大器)相比，根据本公开的实施例的耦合有调制阻抗的多尔蒂功率放大器可以具有扩大的回退区域。具体地，调制阻抗可以连接到耦合器的一个端口(例如，第三端口(耦合端))，匹配网络可以设置在耦合器的另一端口(例如，第一端口(输入端))和第一功率放大器(或主放大器、载波放大器)之间，根据本公开的实施例的多尔蒂功率放大器的结构可以通过调整调制阻抗和匹配网络的值来调整回退功率。由此，根据本公开的实施例的多尔蒂功率放大器结构可以确保比现有的回退区域(例如，约6dB)更加扩大的回退区域(例如，约9dB)。因为扩大了回退区域，所以根据本公开的实施例的多尔蒂功率放大器结构可以随着无线通信系统的发展用于具有高PAPR的调制方案的信号，并且可以最小化功耗。由此，包括根据本公开实施例的多尔蒂功率放大器结构的电子设备(例如，基站、终端等)可以最小化功耗，可以减少热释放，并且可以增加电池的寿命。
图12示出了根据本公开的实施例的电子设备的功能配置。电子设备1210可以是基站或终端之一。根据实施例，电子设备1210可以是MMU或mmWave设备。
参照图12，示出了电子设备1210的示例性功能配置。电子设备1210可以包括天线单元1211、滤波器单元1212、射频(RF)处理器1213和控制器1214。
天线单元1211可以包括多个天线。天线可以执行用于通过无线信道发送和接收信号的功能。天线可以包括形成在基板(例如，印刷电路板(PCB))上的导体、或者由导电图案形成的辐射体。天线可以在无线信道上辐射上变频信号或者可以获取由另一设备辐射的信号。每个天线可以被称为天线元件。在一些实施例中，天线单元1211可以包括与多个天线元件形成阵列的天线阵列(例如，子阵列)。天线单元1211可以通过RF信号线与滤波器单元1212电连接。天线单元1211可以安装在包括多个天线元件的PCB上。PCB可以包括连接天线元件和滤波器单元1212的滤波器的多个RF信号线。RF信号线可以被称为馈送网络。天线单元1211可以将接收到的信号提供给滤波器单元121，或者可以将从滤波器单元121提供的信号辐射到空气。
根据各种实施例的天线单元1211可以包括具有双极化天线的至少一个天线模块。双极化天线可以是例如交叉极化(X-pol)天线。双极化天线可以包括对应于不同极化的两个天线元件。例如，双极化天线可以包括具有+45°极化的第一天线元件和具有-45°极化的第二天线元件。除了+45°、-45°之外，极化还可以包括其他正交极化。每个天线元件可以与馈送线连接，并且可以与下面将描述的滤波器单元1212、RF处理器1213和控制器1214电连接。
根据实施例，双极化天线可以是贴片天线(或微带天线)。双极化天线具有贴片天线的形式，使得双极化天线可以容易地实现并集成到阵列天线中。具有不同极化的两个信号可以输入到相应的天线端口。每个天线端口对应于天线单元。需要优化与具有不同极化的两个信号之间的共极化特性和交叉极化特性的关系。在双极化天线中，共极化特性指示关于特定极化分量的特性，交叉极化特性指示关于与特定极化分量不同的极化分量的特性。
滤波器单元1212可以执行滤波以发送期望频率的信号。滤波器单元1212形成谐振，从而执行选择性地识别频率的功能。在一些实施例中，滤波器单元1212可以通过包括电介质的腔在结构上形成谐振。此外，在一些实施例中，滤波器单元1212可以通过形成电感或电容的元件形成谐振。此外，在一些实施例中，滤波器单元1212可以包括弹性滤波器，诸如体声波(BAW)滤波器或表面声波(SAW)滤波器。滤波器单元1212可以包括带通滤波器、低通滤波器、高通滤波器或带阻滤波器中的至少一种。即，滤波器单元1212可以包括获取用于发送的频带的信号或用于接收的频带的信号的RF电路。根据各种实施例的滤波器单元1212可以电连接天线单元1211和RF处理器1213。
RF处理器1213可以包括多个RF路径。RF路径可以是通过天线接收到的信号或通过天线辐射的信号所经过的路径的单元。至少一个RF路径可以被称为RF链。RF链可以包括多个RF元件。RF元件可以包括放大器、混频器、振荡器、数模转换器(DAC)、模数转换器(ADC)。例如，RF处理器1213可以包括将基带的数字传输信号上变频为传输频率的上变频器、以及将上变频的数字传输信号转换为模拟RF传输信号的数模转换器(DAC)。上变频器和DAC可以形成传输路径的一部分。传输路径可以进一步包括功率放大器(PA)或耦合器(或合路器)。例如，RF处理器1213可以包括将模拟RF接收信号转换为数字接收信号的模数转换器(ADC)、以及将数字接收信号转换为基带的数字接收信号的下转换器。ADC和下变频器可以形成接收路径的一部分。接收路径可以进一步包括低噪声放大器(LNA)或耦合器(或分隔器)。RF处理器的RF部件可以在PCB上实现。电子设备1210可以包括天线单元1211、滤波器单元1212、RF处理器1213按提及的顺序分层的结构。天线和RF处理器的RF部件可以在PCB上实现，并且滤波器重复地固定在PCB之间，从而形成多个层。根据本公开的实施例的耦合有调制阻抗的多尔蒂功率放大器可以被包括在图12的RF处理器1213中。
控制器1214可以控制电子设备1210的整体操作。控制器1214可以包括用于执行通信的各种模块。控制器1214可以包括至少一个处理器，诸如调制解调器。控制器1214可以包括用于数字信号处理的模块。例如，控制器1214可以包括调制解调器。当发送数据时，控制器1214通过对发送比特流进行编码和调制来生成复符号。例如，当接收数据时，控制器1214通过对基带信号进行解调和解码来恢复接收比特流。控制器1214可以执行通信标准所需的协议栈的功能。
图12示出了作为利用本公开的放大器的结构的装备的电子设备1210的功能配置。然而，图12所示的示例仅是利用根据通过图1至图11描述的本公开的实施例的多尔蒂功率放大器结构以及包括该结构的电子设备的示例性配置，本公开的实施例不限于图12所示的装备的部件。因此，根据本公开的实施例的多尔蒂功率放大器的结构、包括该多尔蒂功率放大器结构的电子设备以及包括该多尔蒂功率放大器结构的其他配置的通信装备也可以被理解为本公开的实施例。
如上所述，根据本公开的实施例，一种无线通信系统的多尔蒂功率放大器，该多尔蒂功率放大器可以包括第一功率放大器、第二功率放大器、第一传输线、4端口耦合器和负载阻抗，4端口耦合器可以包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，第一功率放大器可以通过第一端口与4端口耦合器耦合，第二功率放大器可以通过第四端口与4端口耦合器耦合，负载阻抗可以通过第三端口与4端口耦合器耦合，第一传输线可以设置在第一功率放大器和4端口耦合器的第一端口之间，第二端口可以是功率放大器的输出端。
在实施例中，第一功率放大器可以是AB类功率放大器，第二功率放大器可以是C类功率放大器。
在实施例中，4端口耦合器可以包括耦合线耦合器、兰格耦合器、混合耦合器或环形混合耦合器中的至少一种。
在实施例中，4端口耦合器可以包括集总元件。
在实施例中，多尔蒂功率放大器可以进一步包括与第二功率放大器的输入端连接的第二传输线。
在实施例中，第二传输线可以具有基于第一功率放大器和第二功率放大器之间的相位差值确定的电长度。
在实施例中，负载阻抗可以包括电容器、电感器、开路短截线或短路短截线中的至少一种。
在实施例中，当从第一功率放大器的输出端朝向第一传输线的方向上的阻抗被称为第一阻抗时，第一阻抗可以基于负载阻抗的电抗值和第一传输线的特性来确定。
在实施例中，第一传输线的特性可以基于第一传输线的特性阻抗和电长度来确定。
在实施例中，第一功率放大器的输出电压和第二功率放大器的输出电压可以对称。
如上所述，根据本公开的实施例，一种无线通信系统的电子设备可以包括至少一个处理器、与所述至少一个处理器连接的多个RF链、以及与所述多个RF链连接的多个天线元件，所述多个RF链中的第一RF链可以包括多尔蒂功率放大器，多尔蒂功率放大器可以包括第一功率放大器、第二功率放大器、第一传输线、4端口耦合器和负载阻抗，4端口耦合器可以包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，第一功率放大器可以通过第一端口与4端口耦合器耦合，第二功率放大器可以通过第四端口与4端口耦合器耦合，负载阻抗可以通过第三端口与4端口耦合器耦合，第一传输线可以设置在第一功率放大器和4端口耦合器的第一端口之间，第二端口可以是功率放大器的输出端。
在实施例中，第一功率放大器可以是AB类功率放大器，第二功率放大器可以是C类功率放大器。
在实施例中，4端口耦合器可以包括耦合线耦合器、兰格耦合器、混合耦合器或环形混合耦合器中的至少一种。
在实施例中，4端口耦合器可以包括集总元件。
在实施例中，多尔蒂功率放大器可以进一步包括与第二功率放大器的输入端连接的第二传输线。
在实施例中，第二传输线可以具有基于第一功率放大器和第二功率放大器之间的相位差值确定的电长度。
在实施例中，负载阻抗可以包括电容器、电感器、开路短截线或短路短截线中的至少一种。
在实施例中，当从第一功率放大器的输出端朝向第一传输线的方向上的阻抗被称为第一阻抗时，第一阻抗可以基于负载阻抗的电抗值和第一传输线的特性来确定。
在实施例中，第一传输线的特性可以基于第一传输线的特性阻抗和电长度来确定。
在实施例中，第一功率放大器的输出电压和第二功率放大器的输出电压可以对称。
基于本公开中公开的权利要求或实施例的方法可以以硬件、软件或两者的组合来实现。
当以软件来实现时，可以提供用于存储一个或多个程序(软件模块)的计算机可读存储介质。存储在计算机可读存储介质中的所述一个或多个程序配置用于由电子设备中的一个或多个处理器执行的运行。所述一个或多个程序包括用于允许电子设备执行基于本公开中公开的权利要求或实施例的方法的指令。
程序(软件模块或软件)可以存储在随机存取存储器、包括闪存的非易失性存储器、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁盘存储设备、压缩盘-ROM(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)或其他形式的光学存储设备和磁带盒中。可选地，程序可以存储在以这些存储介质中的全部或一些的组合来配置的存储器中。此外，所配置的存储器的数量可以是多个。
此外，程序可以存储在能够通过诸如互联网、内联网、局域网(LAN)、广域网(WLAN)或存储区域网络(SAN)的通信网络或者通过组合这些网络配置的通信网络访问电子设备的可附接存储设备中。存储设备可以经由外部端口访问执行本公开的实施例的设备。此外，通信网络上的附加存储设备可以访问执行本公开的实施例的设备。
在本公开的上述具体实施例中，本公开中包括的元件根据具体实施例以单数或复数形式来表示。然而，为了便于说明，根据所建议的情况适当地选择单数或复数形式，并且本公开不限于单个元件或多个元件。以复数形式表示的元件可以配置为单数形式，或者以单数形式表示的元件可以配置为复数。
虽然在本公开的详细描述中已经描述了具体实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在其中进行各种改变。因此，本公开的范围不应由所描述的实施例来限定，而是由所附权利要求或权利要求的等同物来限定。

Claims (15)

1.一种无线通信系统的多尔蒂功率放大器，所述多尔蒂功率放大器包括：
第一功率放大器；
第二功率放大器；
第一传输线；
4端口耦合器；以及
负载阻抗，
其中4端口耦合器包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，
其中第一功率放大器通过第一端口与4端口耦合器耦合，
其中第二功率放大器通过第四端口与4端口耦合器耦合，
其中负载阻抗通过第三端口与4端口耦合器耦合，
其中第一传输线设置在第一功率放大器和4端口耦合器的第一端口之间，以及
其中第二端口是多尔蒂功率放大器的输出端。
2.根据权利要求1所述的多尔蒂功率放大器，
其中第一功率放大器是AB类功率放大器，以及
其中第二功率放大器是C类功率放大器。
3.根据权利要求1所述的多尔蒂功率放大器，其中4端口耦合器包括以下至少一种：
耦合线耦合器，
兰格耦合器，
混合耦合器，或
环形混合耦合器。
4.根据权利要求1所述的多尔蒂功率放大器，其中4端口耦合器包括集总元件。
5.根据权利要求1所述的多尔蒂功率放大器，还包括与第二功率放大器的输入端连接的第二传输线。
6.根据权利要求5所述的多尔蒂功率放大器，其中第二传输线具有基于第一功率放大器和第二功率放大器之间的相位差值确定的电长度。
7.根据权利要求1所述的多尔蒂功率放大器，其中负载阻抗包括以下至少一种：
电容器，
电感器，
开路短截线，或
短路短截线。
8.根据权利要求7所述的多尔蒂功率放大器，其中，当从第一功率放大器的输出端朝向第一传输线的方向上的阻抗被称为第一阻抗时，第一阻抗基于负载阻抗的电抗值和第一传输线的特性来确定。
9.根据权利要求8所述的多尔蒂功率放大器，其中第一传输线的特性基于第一传输线的特性阻抗和电长度来确定。
10.根据权利要求1所述的多尔蒂功率放大器，其中第一功率放大器的输出电压和第二功率放大器的输出电压对称。
11.一种无线通信系统的电子设备，所述电子设备包括：
至少一个处理器；
多个射频(RF)链，与所述至少一个处理器连接；以及
多个天线元件，与所述多个RF链连接，
其中所述多个RF链中的第一RF链包括多尔蒂功率放大器，
其中多尔蒂功率放大器包括第一功率放大器、第二功率放大器、第一传输线、4端口耦合器和负载阻抗，
其中4端口耦合器包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，以及
其中第一功率放大器通过第一端口与4端口耦合器耦合，第二功率放大器通过第四端口与4端口耦合器耦合，负载阻抗通过第三端口与4端口耦合器耦合，第一传输线设置在第一功率放大器和4端口耦合器的第一端口之间，第二端口是多尔蒂功率放大器的输出端。
12.根据权利要求11所述的电子设备，
其中第一功率放大器是AB类功率放大器，以及
其中第二功率放大器是C类功率放大器。
13.根据权利要求11所述的电子设备，其中4端口耦合器包括以下至少一种：
耦合线耦合器，
兰格耦合器，
混合耦合器，或
环形混合耦合器。
14.根据权利要求11所述的电子设备，其中4端口耦合器包括集总元件。
15.根据权利要求11所述的电子设备，其中多尔蒂功率放大器还包括与第二功率放大器的输入端连接的第二传输线。
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