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射频功率放大器终极篇-提高效率的大招

作者:广州市明测电子仪器有限公司 浏览: 发表时间:2021-04-03 16:12:02

上一篇我们讲道,放大器提高线性度有四种大招,那针对同样重要的效率,聪明的射频攻城师们又会怎么做呢?


提供功率放大器效率的基本方法可以分为三种:Kahn包络分离和恢复技术、异相调制技术(即 LINC)、Doherty结构等。


1. Kahn 包络分离和恢复技术

Kahn 包络分离和恢复技术,也有人叫做EE&R技术。Kahn 把输入信号分解成相位和幅度信息的表示形式。其中,相位信息通过非线性功放,幅度信息用来控制功放的供电电压。EE&R 的优点在于它让射频功放总是工作在比较高效的开关模式状态,在很宽的输出功率范围内都有较高的效率,平均效率比正常要高3-5倍。为了减小相位和振幅对不准的问题,延迟线是必要的。加入输出包络反馈电路可减小互调失真。无线应用的现代发射机中,包络和相位调制信号使用数字信号处理(DSP)技术,很易分开产生。这样具有常数包络的相位调制信号使用直接或二次变换方案上变频到希望的输出RF频率上。


EE&R 的主要缺点在于存在调制的精确度和性能随时间和温度的变化问题,并且限幅器的非理想性和调制器的 AM/PM 转换等因素都将影响放大器输出的失真产物,有时会产生附加的高阶产物。EE&R 技术己经在高功率的 TV 广播系统中使用,但在微波射频的应用目前还处于研究阶段。


图1 Kahn 包络分离和恢复技术


LINC,Cox 于 70 年代在研究异相放大器的基础上提出的一种效率提高技术。LINC 利用非线性功率放大器高效率的特点,把输入的非恒包络的调制信号分解为相位分量确定且两路幅度恒定的信号,通过工作在非线性状态下的高效率的放大器放大,由于相位分量已知,且两路信号的幅度恒定,非线性功率放大器的相移和幅度增益也是已知的,且大小相等;因此,两路放大后的信号只需进行相位校和补偿后合并就得到放大的无失真的信号。


LINC 的一个很大特点是它可以使用非线性较强的功率放大器,因而具有非常高的效率,理论上效率可以达到 100%。LINC 使用混合合成器来完成功率合成,实现高隔离度和确定的阻抗。和前馈技术相似,LINC 对相位和幅度的不平衡非常敏感,LINC 系统的两个射频回路的相位和增益必须匹配才能确保在合成器正确合成,同样需要采用自适应增益和相位调整保信号不失真。此外,LINC 需采用宽带放大器才能工作正常。


图2 LINC技术



3. Doherty结构

Doherty是重头戏,当然需要放到后面。现在基站中已经大概大部分都是Doherty结构了。


Doherty 放大器由 Doherty 于 1936 年提出的一种的效率提高技术。Doherty放大器是将输入信号进行功率分配,信号通过工作在 AB 类状态的放大器,即载波放大器;和工作在 C 类状态的放大器,即峰值放大器,信号通过载波放大器和峰值放大器放大后在输出端通过负载调制网络实现功率合成。由于无线通信的迅速发展,Doherty 放大器越来越受到重视。目前多路 Doherty 放大器和多阶 Doherty 放大器都是研究的重点与热点。


目前使用 Doherty 结构提高效率,采用数字预失真技术提高线性成为各家通讯设备商设计线性功放的主流方法。



Posted in 射频器件.


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