資料介紹
熱力學的基本規律揭示出沒有電子設備可以實現100%的效率——雖然開關電源比較接近(達到98%)。但不幸的是任何產生RF功率的器件目前都無法 達到或者接近理想的性能,因為將直流功率轉換為射頻功率過程中面臨太多的缺陷,包括整個信號路徑傳輸造成的損耗,轉到工作頻率時的損耗,以及該器件固有特 性損耗等。結果,MIT科技評論的一篇文章曾毫不客氣的這樣評價RF功率放大器,“它是一個非常低效的硬件。”
毫不奇怪的是,RF功率產品的每一環節廠家,從半導體到放大器再到發射器,以及大學和國防部,每年都花費大量的時間和財力,以提升RF功率器件的效率。這么做有充足的理由:即使是效率的細微提升,也可以延長電池驅動類產品的工作時間,并降低無線基站每年的電力消耗。圖1顯示了RF部分占基站整體功耗的比例情況。
圖1:將基站電力消耗中的各種射頻相關部分加起來,最終結果值將相當大。
幸運的是,經過連年不斷努力提升RF效率,這些情況在逐漸改變。這些工作有一些是在器件級,有些則采用了一些創新技術,比如包絡跟綜,數字預失真/波峰因子降低方案,以及采用比常見AB類級別更高級的放大器。
放 大器設計的一個重大轉變是5年內就成為基站放大器標準的Doherty 架構。自從貝爾實驗室(隨后成為了西屋電氣的一部分)的Doherty 博士在1936年發明這種架構后,它大部分時間處于沉寂狀態,只在幾個應用中使用過。Doherty 的研究創造了一種新的放大器結構,在輸入信號具備很高峰均比(PAR)時,還可以提供極高的功率附加效率。事實上,如果設計得當,相較于標準并行AB類放 大器,Doherty 放大器的效率可提升11%到14%。
當然,在1936年以后的許多年間,只有很少類信號具備這些特性,如通信系統中 使用調制方案的AM和FM便沒有。而目前,幾乎每一個無線系統都產生高PAR信號,從WCDMA到CDMA2000再到任何采用正交頻分復用的系統 (OFDM),例如WiMAX,LTE和最近的香餑餑Wi-Fi。
圖2:一個典型的Doherty放大器
經典Doherty放大器(圖2),可以歸類于負載調制架構,實際上由兩個放大器組成:一個載波放大器偏置在AB類模式下進行操作,而峰值放大器偏置成C類 模式。一個功分器將輸入信號以90°相位差等分給每個放大器。放大后,信號通過功率耦合器被重新合成。兩個放大器在輸入信號處于峰值時會同時操作,每個都表現為一個負載阻抗,以最大化輸出功率。
然而,隨著輸入信號功率的下降,C類峰值放大器被關閉,只有AB類載波放大器仍然工作。在較低的功率電平時,AB類載波放大器表現為經調制的負載阻抗,以提升效率和增益。隨著該架構重新煥發活力,Doherty放大器設計在快速的迭代中取得了重大進展,也獲得了巨大成功。
當然,沒有任何架構是完美的。Doherty放大器的線性度和輸出功率比雙AB類放大器都稍差些。這給我們帶來了另一個重要的電路,也已成為當今通信環境中必不可少的選擇:模擬和數字線性化技術。該技術中使用最廣泛的是數字預失真(DPD),有時與波峰因子降低(CFR)組合使用。DPD和CFR都可以大幅 降低Doherty的失真,精心的器件和放大器設計可以最大限度地降低線性損失。然而,它們沒有嚴格定義在Doherty放大器中使用,在其它放大器結構 中使用效果也相當明顯。
毫不奇怪的是,RF功率產品的每一環節廠家,從半導體到放大器再到發射器,以及大學和國防部,每年都花費大量的時間和財力,以提升RF功率器件的效率。這么做有充足的理由:即使是效率的細微提升,也可以延長電池驅動類產品的工作時間,并降低無線基站每年的電力消耗。圖1顯示了RF部分占基站整體功耗的比例情況。
圖1:將基站電力消耗中的各種射頻相關部分加起來,最終結果值將相當大。
幸運的是,經過連年不斷努力提升RF效率,這些情況在逐漸改變。這些工作有一些是在器件級,有些則采用了一些創新技術,比如包絡跟綜,數字預失真/波峰因子降低方案,以及采用比常見AB類級別更高級的放大器。
放 大器設計的一個重大轉變是5年內就成為基站放大器標準的Doherty 架構。自從貝爾實驗室(隨后成為了西屋電氣的一部分)的Doherty 博士在1936年發明這種架構后,它大部分時間處于沉寂狀態,只在幾個應用中使用過。Doherty 的研究創造了一種新的放大器結構,在輸入信號具備很高峰均比(PAR)時,還可以提供極高的功率附加效率。事實上,如果設計得當,相較于標準并行AB類放 大器,Doherty 放大器的效率可提升11%到14%。
當然,在1936年以后的許多年間,只有很少類信號具備這些特性,如通信系統中 使用調制方案的AM和FM便沒有。而目前,幾乎每一個無線系統都產生高PAR信號,從WCDMA到CDMA2000再到任何采用正交頻分復用的系統 (OFDM),例如WiMAX,LTE和最近的香餑餑Wi-Fi。
圖2:一個典型的Doherty放大器
經典Doherty放大器(圖2),可以歸類于負載調制架構,實際上由兩個放大器組成:一個載波放大器偏置在AB類模式下進行操作,而峰值放大器偏置成C類 模式。一個功分器將輸入信號以90°相位差等分給每個放大器。放大后,信號通過功率耦合器被重新合成。兩個放大器在輸入信號處于峰值時會同時操作,每個都表現為一個負載阻抗,以最大化輸出功率。
然而,隨著輸入信號功率的下降,C類峰值放大器被關閉,只有AB類載波放大器仍然工作。在較低的功率電平時,AB類載波放大器表現為經調制的負載阻抗,以提升效率和增益。隨著該架構重新煥發活力,Doherty放大器設計在快速的迭代中取得了重大進展,也獲得了巨大成功。
當然,沒有任何架構是完美的。Doherty放大器的線性度和輸出功率比雙AB類放大器都稍差些。這給我們帶來了另一個重要的電路,也已成為當今通信環境中必不可少的選擇:模擬和數字線性化技術。該技術中使用最廣泛的是數字預失真(DPD),有時與波峰因子降低(CFR)組合使用。DPD和CFR都可以大幅 降低Doherty的失真,精心的器件和放大器設計可以最大限度地降低線性損失。然而,它們沒有嚴格定義在Doherty放大器中使用,在其它放大器結構 中使用效果也相當明顯。
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