- 如何提升射頻功率放大器的效率？

另一個技術(shù)，是近80年前由Henri Chireix 發(fā)明并持有的專利技術(shù)，通常被稱為“outphasing”（異相功率放大器，負載調(diào)制技術(shù)家族的一員），目前被富士通、恩智浦等用于提升放大器效率。它結(jié)合了兩種非線性RF功率放大器，由不同相位的信號驅(qū)動兩個放大器。因為對相位進行了控制，使得當輸出信號耦合時，使用B類RF功率放大器可以實現(xiàn)效率增益。謹慎的設(shè)計技術(shù)，特別是選擇適當?shù)碾娍?，可以將系統(tǒng)優(yōu)化到一個特定的輸出幅度，這將帶來兩倍的效率提升（至少理論上如此）。

富士通去年宣布其已經(jīng)在某個功率放大器中采用了outphasing方法，集成緊湊、低損耗的功率耦合電路，并帶有一個基于DSP的相位誤差校正補償電路，相比現(xiàn)有放大器普遍的65%傳輸時間，該放大器傳輸時間可以超過95％。對該設(shè)計進行測試，這種功率放大器的峰值輸出可以達到100瓦；平均電效率從50％提高到70％。

輸入信號被分成具有恒定幅度和相位變化的兩個信號。振幅依RF功率器件設(shè)定，功率耦合電路重構(gòu)源信號波形。先前，當源信號重構(gòu)時，耦合精度損失需要確定相位差，阻止了該技術(shù)的商用。富士通使用的耦合器具有更短的信號路徑，降低了損耗并增大了帶寬。

恩智浦極具前景的開發(fā)

Outphasing機制沒有負載調(diào)制效果的一個變體被稱為非線性概念的線性放大（LINC），采用一個分離耦合器和放大級驅(qū)動到飽和，并能有效地提高線性度和峰值效率。但LINC放大器效率相對較低，因為每個放大器工作在一個恒定功率上，即使低RF輸出電平時也如此。Chireix修正了這一點，通過結(jié)合outphasing和一個非分離耦合器和負載調(diào)制，從而提升了平均效率。恩智浦半導體公司做了進一步提升，用outphasing控制兩個開關(guān)模式的RF放大器，使它們適應高波峰因子信號。該公司正在將Chireixoutphasing技術(shù)與GaN HEMT開關(guān)式E類放大器結(jié)合起來（圖3）。

圖3：簡化后的Chireix 異相功率放大器結(jié)構(gòu)框圖。來源：恩智浦

恩智浦開發(fā)并獲得專利的新驅(qū)動器技術(shù)通過控制相位關(guān)系，使放大器在約25％的帶寬上達到高效率。這引發(fā)了一種新架構(gòu)，通過結(jié)合E類放大器和負載調(diào)制以在退出飽和時保持放大器的高效率，這使得它們能夠適應各種復雜波形。恩智浦為基于GaN器件的E級RF功率放大器提供了參考設(shè)計，并附帶了Chireix相關(guān)的技術(shù)資料。

包絡(luò)跟綜

另一個放大器設(shè)計人員關(guān)注的重點技術(shù)是包絡(luò)跟蹤，這種技術(shù)中，施加到功率放大器的電壓被連續(xù)地調(diào)整，以確保它工作在峰值區(qū)域，從而使功率最大。相對于典型功率放大器設(shè)計中DC-DC轉(zhuǎn)換器提供的固定電壓，包絡(luò)跟蹤電源以一個高帶寬、低噪聲波形調(diào)制連接到該放大器的電源，該波形則被同步到瞬時包絡(luò)信號。

在CMOS RF功率器件中使用包絡(luò)跟蹤技術(shù)具備相當大的吸引力。Nujira多年來一直在開發(fā)這種技術(shù)。他們已經(jīng)表明，該技術(shù)能夠克服CMOS RF放大器應用中因非線性導致的缺點。CMOS功率放大器一直被詬病是目前高PAR調(diào)制技術(shù)的一個糟糕選擇，因為它們固有的線性度較差，這就要求它們必須回退以減小失真。當CMOS放大器在較高的RF功率電平工作時，會出現(xiàn)削波和失真。

然而，Nujira在其專有的包絡(luò)跟蹤技術(shù)中結(jié)合了其專利ISOGAIN線性化技術(shù)來消除線性問題，而無需使用DPD。使用這種技術(shù)的設(shè)備達到了高效率目標，已經(jīng)在其它方面實現(xiàn)了與GaAs同樣的性能。所有研究CMOS放大器的一個巨大好處是，CMOS器件在整個電子行業(yè)中普遍存在，有很多代工廠家支撐，因此相對便宜。因為它基于硅，也可以在功率放大器芯片上直接集成控制和偏置電路。

其他完全不同的方法

另一個放大器技術(shù)由Eta Devices倡導，這是從美國麻省理工學院剝離出來的公司，由兩位電氣工程教授Joel Dawson 和David Perreault以及愛立信和華為的一位前功放研究員共同創(chuàng)建。其不對稱多級Outphasing（AMO）技術(shù)由MIT開發(fā)，該公司是由ADI公司聯(lián)合創(chuàng)始人Ray Stata和他的風險投資公司Stata Venture Partners聯(lián)合投資。

該公司的首要目標是新興市場，包括燃料方面每年耗資150億美元的多達64萬臺的柴油發(fā)電機功率基站，其次是智能手機市場。今年二月，Eta Devices在西班牙巴塞羅那舉辦的移動通信世界大會先進LTE部分上展示了其Eta5設(shè)備，該設(shè)備的發(fā)射信道超過80-MHz。