專利名稱：功率放大器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線性功率放大器系統(tǒng)，特別是供第3代移動通信系統(tǒng)使用。
功率放大器通常被分為三種操作模式，即A類、B類和C類。針對線性放大器，A類或B類放大器放大正弦信號，如果輸出是在整個電壓范圍上擴展的正弦波，那么就達到最大效率；而如果該正弦波的振幅最小，那么就達到最低效率。B類放大器在零電壓處偏置，所以輸出產(chǎn)生丟失一半周期的電流脈沖，丟失的信號通過隨后的濾波來重建。C類放大器為負偏置并且是非線性的，在這種情況下，低信號電平也導(dǎo)致低效率。
在過去，移動通信系統(tǒng)已使用恒定振幅的無線電波，這樣假定信號振幅是已知的，則可能針對最大效率調(diào)整放大器的設(shè)計。然而，第2代多載波操作和第3代移動通信需要線性功率放大器來運行振幅變化的無線電射頻(RF)信號。因此，被設(shè)計用來傳遞最大峰值包絡(luò)功率的功率放大器通常利用被設(shè)計來傳送該峰值功率的恒定電壓電源來供給，并且因為瞬時包絡(luò)功率在大多數(shù)時間里也低于峰值功率，所以效率是極低的。因此，由于大的恒定電壓源，使放大器不必要地耗散過量功率。
已經(jīng)采用一些不同的方法來提高線性功率放大器的效率。一種方法基于包絡(luò)消除和恢復(fù)(EER)技術(shù)。這種方法具有若干帶寬限制并因此不適合對當前移動通信系統(tǒng)中采用的寬帶信號進行放大。
另一種方法基于Doherty放大器原理。EER和Doherty放大器均受頻譜擴展效應(yīng)和帶寬限制的影響，因此不被當前的通信系統(tǒng)所采用。
US2002/0084844描述了一種其中提供第一和第二放大器級的系統(tǒng)，以致如果一個信號功率電平低于一個預(yù)置的閾值，則該信號被送往第一級放大器以對輸入信號進行放大，并且如果該信號的功率電平高于該閾值，則該信號被送往第二級放大器。由于把輸入信號簡單地看作低功率或者高功率，所以這個系統(tǒng)在其應(yīng)用中有些受限。而且，因為需要構(gòu)建兩個放大器級，在硬件方面也會引起效率降低，即使在任何時刻曾僅僅使用一級。
按照本發(fā)明的第一個方面，功率放大器系統(tǒng)包含一個控制電路；一個功率放大器和一個延遲電路；其中該控制電路包括一個用于測定輸入信號的瞬時功率電平的檢測器；一個閾值比較器；和一個電源電壓源；其中該閾值比較器被供給多個預(yù)置的閾值；其中該閾值比較器將所測定的功率電平和預(yù)置的閾值相比較；其中該電源電壓按照閾值比較器的輸出進行切換；而且其中該延遲設(shè)備將輸入到功率放大器的輸入信號進行延遲以使電源電壓能夠適應(yīng)于所測定的功率電平，以致優(yōu)化功率放大器的效率。
本發(fā)明提供了一種有效的線性功率放大器，在該線性功率放大器中供應(yīng)給該放大器的電源電壓按照通過所測定的輸入功率電平達到的閾值進行變化。該多個閾值被預(yù)置并與一個合適的電源電壓有關(guān)。這是一個和傳統(tǒng)系統(tǒng)相比效率能夠得到顯著提高的靈活的系統(tǒng)。
優(yōu)選地，電源電壓源包括多個預(yù)置的與各自的功率電平閾值有關(guān)的電源電壓。
該系統(tǒng)可以工作在兩個預(yù)置閾值的情況下，但是優(yōu)選地，至少提供三個預(yù)置閾值。
優(yōu)選地，至少提供四個預(yù)置的電源電壓。
優(yōu)選地，該系統(tǒng)進一步包括一個脈沖整形濾波器。
優(yōu)選地，該功率放大器是一個B類放大器并且在該放大器的輸出端處提供一個濾波器來重建被放大的輸入信號。
按照本發(fā)明的第二個方面，一個碼分多路訪問(CDMA)通信系統(tǒng)包含根據(jù)第一方面的功率放大器。
CDMA系統(tǒng)使用具有變化振幅的無線電波，但是本發(fā)明能夠通過按照輸入信號的功率電平切換電源電壓來維持放大器的效率的同時處理這個問題。
按照本發(fā)明的第三個方面，一種操作功率放大器系統(tǒng)的方法包括測定輸入信號的瞬時功率電平；將所測定的功率電平和多個預(yù)置的閾值相比較；按照該比較的輸出對電源電壓進行切換；并將輸入到功率放大器的輸入信號進行延遲以使得電源電壓能夠適應(yīng)于所測定的功率電平，以致優(yōu)化功率放大器的效率。
優(yōu)選地，預(yù)置多個與各自的功率電平閾值相關(guān)的電源電壓電平。
按照本發(fā)明的功率放大器系統(tǒng)的一個例子現(xiàn)在將參考下述附圖來描述，其中

圖1是按照本發(fā)明的電源系統(tǒng)的一個例子；圖2說明了使用圖1的系統(tǒng)的一個輸入信號的輸入功率中的變化；以及圖3說明了針對圖1的系統(tǒng)的功率放大器的電源電壓中的相應(yīng)變化。
圖1示出按照本發(fā)明的功率放大器系統(tǒng)1的一個例子。一個包含要被傳送的信息的振幅變化的源信號2輸入到該系統(tǒng)。該信號沿著第一條路徑通過一個控制電路到一個功率放大器3。該控制電路包括一個包絡(luò)檢測器4，該包絡(luò)檢測器提供與輸入信號2的瞬時功率成比例的一個值。該值被應(yīng)用于一個閾值檢測器5，該閾值檢測器5有N個(在這種情況下為3個)預(yù)置的閾值，盡管在適當?shù)臅r候可以設(shè)定更多的閾值。該閾值檢測器5的輸出控制開關(guān)裝置6在N+1個(在這種情況下是4個)針對功率放大器的離散的電源電壓之間的切換。接著所選擇的電壓經(jīng)過脈沖整形濾波器7到功率放大器3。該信號沿著第二條路徑經(jīng)過時間延遲8到功率放大器，以致在所涉及的信號在該功率放大器3中被放大之前將該功率放大器的電源電壓設(shè)置為一個恰當?shù)闹怠?br> 操作中，閾值檢測器5將預(yù)置的閾值TH1、TH2、TH3與表示由包絡(luò)檢測器4提供的瞬時功率的值進行比較。這個比較的輸出提供控制信號以接通開關(guān)裝置6中的合適的開關(guān)。在這個例子中，如果信號2的瞬時包絡(luò)低于閾值TH1，則電壓V1就被應(yīng)用于功率放大器3。如果該包絡(luò)在閾值TH1和TH2之間，則電壓V2就被應(yīng)用于功率放大器；如果該包絡(luò)在閾值TH2和TH3之間，則電壓V3就被應(yīng)用于功率放大器并且最后，針對所有高于預(yù)置的閾值TH3的包絡(luò)值，電壓、V4通過開關(guān)裝置6來選擇。
應(yīng)該注意到本發(fā)明并不限于上述3個離散閾值，而且實際上可以使用任意數(shù)。預(yù)置的閾值的數(shù)量及相應(yīng)的電源電壓被確定來匹配所傳送的信號的屬性和功率放大器的特性。
本發(fā)明的一個進一步的特點是提供脈沖整形濾波器7。因為直流電壓在離散值之間切換，所以這個濾波器限制了電源電壓源的轉(zhuǎn)換速率。這依次最小化不期望的所傳送信號的頻譜擴展，這種頻譜擴展可能會因為電源電壓變化而通過功率放大器引起。
第二條路徑中的時間延遲8的目的是匹配第一條路徑中的全部延遲，該第一條路徑包含包絡(luò)檢測器4、閾值檢測器5、開關(guān)裝置6和具有功率放大器的延遲的脈沖整形濾波器7。這樣就保證了信號和合適的電源電壓在恰當?shù)臅r刻被同步應(yīng)用。
圖2a說明了包絡(luò)檢測器4中確定的瞬時功率如何針對一個特定輸入信號而變化的。該曲線圖顯示了歸一化功率相對時間的關(guān)系，并且該歸一化功率的三個閾值TH1、TH2、TH3被設(shè)置，其值分別為0.9、0.5和0.2。從圖2b中可能看出電源電壓如何隨著每次閾值轉(zhuǎn)換進行變化。該歸一化的DC電壓相對時間被顯示?；ㄙM一個有限的一段時間來達到新值，因此就需要將進入功率放大器的信號進行延遲，以致電源電壓是恰當?shù)摹?br> 時間延遲8、包絡(luò)檢測器4和閾值測檢測器5可以在發(fā)射機的基帶部分以數(shù)字方式來實現(xiàn)，或可替換地這些元件可以通過模擬電路來實現(xiàn)。在此所述的效率提高可與前饋技術(shù)以及預(yù)失真線性化技術(shù)一起結(jié)合應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種功率放大器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個控制電路；一個功率放大器和一個延遲電路；其中該控制電路包含一個檢測器，用于測定輸入信號的瞬時功率電平；一個閾值比較器；和一個電源電壓源；其中該閾值比較器被供給多個預(yù)置的閾值；其中該閾值比較器將所測定的功率電平與預(yù)置的閾值進行比較；其中該電源電壓根據(jù)該閾值比較器的輸出進行切換；并且其中該延遲設(shè)備將輸入到該功率放大器的輸入信號進行延遲以使該電源電壓能夠適應(yīng)于所測定的功率電平，以致優(yōu)化該功率放大器的效率。
2.如權(quán)利要求1所述的功率放大器系統(tǒng)，其中至少提供三個預(yù)置的閾值。
3.如權(quán)利要求1或2所述的功率放大器系統(tǒng)，其中所述電源電壓源包括多個與各自的功率電平閾值相關(guān)的預(yù)置的電源電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的功率放大器系統(tǒng)，其中至少提供四個預(yù)置的電源電壓。
5.如任何一項前述權(quán)利要求所述的功率放大器系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進一步包括一個脈沖整形濾波器。
6.如任何一項前述權(quán)利要求所述的功率放大器系統(tǒng)，其中所述功率放大器為B類放大器，并且其中在該放大器的輸出端處提供一個濾波器以重建被放大的輸入信號。
7.一個CDMA通信系統(tǒng)，包含根據(jù)任何一項前述權(quán)利要求所述的功率放大器。
8.一種操作一個功率放大器系統(tǒng)的方法，該方法包括測定輸入信號的瞬時功率電平；將所測定的功率電平和多個預(yù)置的閾值進行比較；按照閾值比較器的輸出對電源電壓進行切換；并對輸入到功率放大器的輸入信號進行延遲以使該電源電壓能夠適應(yīng)于所測定的功率電平，以致優(yōu)化該功率放大器的效率。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中預(yù)置多個與各自的功率電平閾值相關(guān)的電源電壓電平。
全文摘要
一個功率放大器系統(tǒng)(1)包括一個控制電路；一個功率放大器(3)和一個延遲設(shè)備(8)。該控制電路包括一個用于測定輸入信號的瞬時功率電平的檢波器(4)；一個閾值比較器(5)；和一個電源電壓源(6)。該閾值比較器被供給多個預(yù)置的閾值(TH
文檔編號H03G3/00GK1675827SQ03819855
公開日2005年9月28日 申請日期2003年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月21日
發(fā)明者J·多莫科斯 申請人:西門子公司