CN205509984U - 双模效率增强型线性功率放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种双模效率增强型线性功率放大器，包括LIPA结构的两级功率放大电路和输出电路，其中，LIPA结构的两级功率放大电路由45度移相两级放大分支电路和负45度移相两级放大分支电路构成，其特征在于：输出电路包括分支电路A和分支电路B，所述分支电路A包括电感L8、电容C6、电感L10和电容C5；所述分支电路B包括电感L9、电容C7和电容C3；所述分支电路B中的电容C3的另一极与所述分支电路A中的电感L10的输出端都与功率输出端RFOUT连接。本专利移去一部分元件减少元件数量会使得整个设计更加便宜，减少系统复杂度以及提高系统可靠性。

Description

双模效率增强型线性功率放大器

技术领域

本实用新型涉及一种功率放大器，具体是一种双模效率线性功率放大器。

背景技术

高效LIPA（Load Insensitive Power Amplifier，即负载不敏感功率放大器）允许在低输出功率水平下仍然具有良好的PAE（Power-Added Efficiency，即功率附加效率）。然而，这种高效率的LIPA所具有的PAE并不能在各种功率下表现的很好，为了提高LIPA的PAE，提出了双模效率增强型线性功率放大器设计，这种方法就是使高效率的LIPA同时在高功率输出水平和低功率输出水平拥有更好的PAE。当前手机供应商需要更廉价的、更小的及更好性能的手机。对于WCDMA/CDMA功率放大器，同时在高输出功率水平和低输出功率水平下提高PAE，是当前极具竞争力的需求。

在2005年，Skyworks公司实用新型了一种新颖的高效率的LIPA，如图1所示，它包括LIPA结构的两级功率放大电路和输出电路，其中，所述的LIPA结构的两级功率放大电路由45度移相两级放大分支电路和负45度移相两级放大分支电路构成。这种放大器允许在低输出功率水平下仍然具有良好的PAE，并且在其他输出功率水平下不会牺牲其性能和线性度。这种开关型LIPA一直工作得很好。它的输出电路由上通道和下通道的输出移相器以及紧跟在后面合成这两通道输出的威尔金森功率合成器（Wilkinson power combiner）所组成。这种设计工作的很好并提供了一种很好的负载不敏感结构。Skyworks公司提出的开关型LIPA有着工作良好、稳定性高、耐久性强、保持负载不敏感等优点。然而，这种高效率的LIPA所具有的PAE不再是其同类产品——高PAE的WCDMA功率放大器的竞争对手。这种设计具有以下几点局限：

1.首先，开关型LIPA在最高功率水平时比单端工作时趋向于更低的PAE，因为威尔金森功率合成器本身就是有损耗的。这固有损耗部分是由于在两通道之间并联的分立的电阻。现在来说PAE是如此的重要，甚至是由于分立的电阻导致的相对缓和的0.2-0.3dB的损失也不能忍受，更别说使PAE降低2-3%如此之多。这是最重要的一点不足。

2.开关型LIPA方式使用第一部分输出匹配网络同时作为阻抗变换器和移相器。这种单一结构提供多重功能的做法，是很难同时达到最优阻抗和精准的相位平衡的。

3.上通道和下通道不是真正的相互独立导致威尔金森功率合成器引进了一定程度的调谐困难。这是因为上通道和下通道是通过威尔金森功率合成器连接到一起的，其中一通道的阻抗的改变会对另一通道的阻抗有着极大的影响，所以任何对其中一通道的阻抗调整会影响着另一通道的阻抗。这样使得开关型LIPA当时不允许灵活地分别去调整上通道和下通道，例如，不能使其中一通道在高功率模式时达到最优阻抗的同时也是另一通道在低功率模式下实现最优阻抗。

4.威尔金森功率合成器也是一种大体积的结构，占有着一定价值的不动产。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种双模效率增强型线性功率放大器。本专利移去一部分元件减少元件数量会使得整个设计更加便宜，减少系统复杂度以及提高系统可靠性。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

双模效率增强型线性功率放大器，包括LIPA结构的两级功率放大电路和输出电路，其中，所述的LIPA结构的两级功率放大电路由45度移相两级放大分支电路和负45度移相两级放大分支电路构成，其特征在于：所述输出电路包括分支电路A和分支电路B，所述分支电路A包括电感L8、电容C6、电感L10和电容C5，所述的45度移相两级放大分支电路与电感L8的输入端电连接，电感L8的输出端通过电容C6与电感L10的输入端串接，电容C5的一极与电感L8的输出端连接，电容C5的另一极接地；所述分支电路B包括电感L9、电容C7和电容C3，所述的负45度移相两级放大分支电路与电感L9的输入端电连接，电感L9的输出端与电容C3的一极连接，电容C7的一极与电感L8的输出端连接，电容C7的另一极接地；所述分支电路B中的电容C3的另一极与所述分支电路A中的电感L10的输出端都与功率输出端RFOUT连接。

双模效率增强型线性功率放大器的工作方法，其特征在于：在工作在低功率模式时，为了保存能量，负45度移相两级放大分支电路关闭，所有功率从45度移相两级放大分支电路流过；当工作在高功率模式时，使用了45度移相两级放大分支电路和负45度移相两级放大分支电路的平衡结构，输入信号进来后将会被分离到45度移相两级放大分支电路和负45度移相两级放大分支电路，分离的信号通过上述的两个分支电路放大之后，被移相回来，使得分离的信号能在输出电路中进行同相混合。

本实用新型的有益效果：本专利是对LIPA功率放大器的改进，在LIPA功率放大器中，保留了其它的电路结构，只对其中的输出电路进行了改进，具有以下优点：

（1）比LIPA具有更高的PAE：

a.对于在WCDMA调制下的UMTS频带：在28dBm高功率模式下，其最高的PAE为44%，而标准的LIPA最高的PAE只有41%；在16dBm低功率模式下，其最高的PAE为21%，而标准的LIPA最高的PAE只有18%。

b.对于在WCDMA调制下的CELL频带：在28.5dBm高功率模式下，其最高的PAE为44%，而标准的LIPA最高的PAE只有41%；在16dBm低功率模式下，其最高的PAE为21%，而标准的LIPA最高的PAE只有18%。

（2）在高功率模式，保持负载不敏感特性。45度移相两级放大分支电路和负45度移相两级放大分支电路中的阻抗不同，从相位平衡中分离出阻抗转换，甚至在前述的两个分支电路中不同的阻抗转换下，都能保证相位平衡。

（3）在高功率模式，45度移相两级放大分支电路工作在增益压缩状态，而负45度移相两级放大分支电路则工作在增益扩展状态，此时其工作在功率峰值的区域附近。

（4）移去威尔金森功率合成器使得输出匹配电路的损耗更低。

（5）在功率合成通道（输出电路）中，只使用了一个螺旋电感，取消了两个元件，因此输出网络所需的整体尺寸变得更小。更少的SMT（Surface Mount Technology，即表面贴装技术）元件数量以及一个印制式的螺旋电感，使得可以在3mm x 3mm的面积下实现PA模型；而标准的LIPA结构很难压缩到3mm x 3mm的面积。输出电路中移去一部分元件减少元件数量会使得整个设计更加便宜，减少系统复杂度以及提高系统可靠性。

（6）45度移相两级放大分支电路单独地为低功率模式进行优化，因此在低功率模式下达到了提高PAE的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

图1为现有的LIPA结构功率放大器的电路图；

图2为本实用新型的电路图。

具体实施方式

如图2所示，双模效率增强型线性功率放大器，包括LIPA结构的两级功率放大电路和输出电路，其中，所述的LIPA结构的两级功率放大电路由45度移相两级放大分支电路和负45度移相两级放大分支电路构成，其特征在于：所述输出电路包括分支电路A和分支电路B，所述分支电路A包括电感L8、电容C6、电感L10和电容C5，所述的45度移相两级放大分支电路与电感L8的输入端电连接，电感L8的输出端通过电容C6与电感L10的输入端串接，电容C5的一极与电感L8的输出端连接，电容C5的另一极接地；所述分支电路B包括电感L9、电容C7和电容C3，所述的负45度移相两级放大分支电路与电感L9的输入端电连接，电感L9的输出端与电容C3的一极连接，电容C7的一极与电感L8的输出端连接，电容C7的另一极接地；所述分支电路B中的电容C3的另一极与所述分支电路A中的电感L10的输出端都与功率输出端RFOUT连接。

双模效率增强型线性功率放大器的工作方法，其特征在于：在工作在低功率模式时，为了保存能量，负45度移相两级放大分支电路关闭，所有功率从45度移相两级放大分支电路流过；当工作在高功率模式时，使用了45度移相两级放大分支电路和负45度移相两级放大分支电路的平衡结构，输入信号进来后将会被分离到45度移相两级放大分支电路和负45度移相两级放大分支电路，分离的信号通过上述的两个分支电路放大之后，被移相回来，使得分离的信号能在输出电路中进行同相混合。

1、输出网络移去威尔金森功率合成器，降低了输出匹配电路的固有损耗，从而提高了PAE。

2、在功率合成通道上取消了威尔金森功率合成器，使用螺旋电感，缩小了输出网络尺寸。

3、取消威尔金森功率合成器，直接对两通道的功放输出进行阻抗匹配和移相匹配后进行混频，抵消了三阶互调失真，使得其线性度得到极大的提高，同时也使得PAE得到提高。

4、成功把输出电路的结构从相位平衡网络中分离出阻抗匹配网络，使能同时在高功率和低功率模式下实现高PAE。

5、在高功率模式下，由于输出电路的结构从相位平衡网络中分离出阻抗匹配网络，使上下两个通道在不同的阻抗匹配下，都能保证相位平衡。

6、在高功率模式下，上通道的功率放大器工作在增益压缩状态，而下通道的功率放大器则工作在增益扩展状态，此时其工作在功率峰值的区域附近。

7、单独对上通道进行低功率模式优化，使低功率模式下提高PAE。

总的来说，分离的阻抗匹配网络和移相网络，以及高低功率模式的通道，使得无论在高功率模式还是低功率模式下，都可以在不牺牲线性度的前提下极大地提高PAE。

以上所述是本实用新型的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种双模效率增强型线性功率放大器，包括LIPA结构的两级功率放大电路和输出电路，其中，所述的LIPA结构的两级功率放大电路由45度移相两级放大分支电路和负45度移相两级放大分支电路构成，其特征在于：所述输出电路包括分支电路A和分支电路B，所述分支电路A包括电感L8、电容C6、电感L10和电容C5，所述的45度移相两级放大分支电路与电感L8的输入端电连接，电感L8的输出端通过电容C6与电感L10的输入端串接，电容C5的一极与电感L8的输出端连接，电容C5的另一极接地；所述分支电路B包括电感L9、电容C7和电容C3，所述的负45度移相两级放大分支电路与电感L9的输入端电连接，电感L9的输出端与电容C3的一极连接，电容C7的一极与电感L8的输出端连接，电容C7的另一极接地；所述分支电路B中的电容C3的另一极与所述分支电路A中的电感L10的输出端都与功率输出端RFOUT连接。