高數(shù)據(jù)速率移動通信系統(tǒng)需要使用高能效的RF功率放大器(PA)，以便幫助降低網(wǎng)絡的運營成本。

然而，由于最新蜂窩標準中所用復雜調(diào)制方案的峰值平均功率比(PAR)較高，轉而要求發(fā)射機PA具有高平均效率，因此這形成了挑戰(zhàn)。許多PA架構都有一個“最佳工作點”——在該點處其工作效率最高，而在遠離該點的位置，其工作效率低很多。因此，要想實現(xiàn)高平均效率，需要構建在各種工作條件下都能高效運行的PA架構。

我們已經(jīng)看到一些有前途的方法，在Doherty和異相架構中使用GaN晶體管來構建這樣的PA。我們認為，如果能在不增加PA板尺寸或復雜性的情況下，更有效地控制發(fā)射信號高次諧波終止的方式，則可以實現(xiàn)更高的效率。

我們的方法使用諧波匹配的GaN晶體管和準負載不敏感(QLI)架構，來實現(xiàn)標準RF封裝中E類放大器的效率。盡管Doherty和異相PA架構調(diào)整其負載的方式不同，這種方法都可實現(xiàn)高工作效率。

作為提醒，圖1顯示了簡化的Doherty PA架構。

顯示了簡化的異相PA架構。

使用高能效的RF功率放大器能降低高數(shù)據(jù)速率移動通信系統(tǒng)的運營成本使用QLI技術構建更高效的PA

我們使用E類放大器的有限電感實現(xiàn)，來從簡單的電路結構實現(xiàn)高效率。由于負載網(wǎng)絡元件和輸入?yún)?shù)之間的關系隨著諧振因子q = 1/ω√LC(即隨L和C)而變化，因此出現(xiàn)了許多工作模式，如圖3所示。

使用高能效的RF功率放大器能降低高數(shù)據(jù)速率移動通信系統(tǒng)的運營成本在q = 1.3時，PA進入E類工作模式，可在各種負載電阻范圍內(nèi)提供最佳效率——這是使用動態(tài)負載調(diào)制的系統(tǒng)所需。

在標準RF封裝中，由于尺寸和成本限制，僅可采用簡單的匹配網(wǎng)絡拓撲。串聯(lián)電容器在內(nèi)部特別難以實現(xiàn)。因此，我們推導變換出了功能相同的低通LC部分(L1C1)，如圖3的下半部分所示。

由于高次諧波在封裝內(nèi)部實現(xiàn)匹配，因此傳統(tǒng)的基本負載拉移系統(tǒng)足以實現(xiàn)最大效率、最大輸出功率和回退(例如6dB)所需的最佳阻抗。測量數(shù)據(jù)顯示，最大輸出功率和效率在放大器的史密斯圓圖的實軸上對齊。對于負載實部的增加，輸出功率降低時，峰值效率保持不變，這表明在負載調(diào)制期間，實現(xiàn)峰值效率所需的二次諧波阻抗不受影響。這個特性對于提高Doherty和異相PA的平均效率非常有用。

使用高能效的RF功率放大器能降低高數(shù)據(jù)速率移動通信系統(tǒng)的運營成本將QLI技術應用到E類Doherty PA設計

我們對已封裝器件的功率和效率進行的負載牽引測量結果表明，它具有λ/4內(nèi)部信號旋轉。在Doherty PA負載網(wǎng)絡的設計中可以考慮這種內(nèi)部旋轉，因此不必在輸出端添加補償線。封裝引線所需的基本負載阻抗也足夠高，可以直接連接Doherty合路器而無需額外的匹配網(wǎng)絡。

高次諧波在封裝內(nèi)終止意味著，Doherty PA的負載網(wǎng)絡可以做到簡單、緊湊，并且不需要更高的諧波匹配。此外，由于其靜態(tài)電流，主器件被偏置到AB類模式，而峰值器件被偏置到C類模式，以確保傳統(tǒng)的Doherty操作，以便在硬驅(qū)動時，器件能進入類E類操作。

將QLI技術應用到雙輸入、混合模式異相PA設計混合模式異相設計如圖4(b)所示。由于添加分流電納會耗用面積，因此該設計改為通過將兩個分支的電氣長度調(diào)整±Δ，來將Chireix補償整合到其中。Δ的值決定所需的異相補償角。

對于混合模式異相工作，它使用了相位和輸入功率控制的組合，來實現(xiàn)最大的漏極/PAE效率與功率回退比。用于實現(xiàn)最佳效率響應的驅(qū)動器配置文件，存儲在查找表中。這意味著，異相PA可以避免在較大的異相角處產(chǎn)生急劇的效率/增益滾降，從而保持其高陣容效率。

實踐中的QLI PA架構

我們使用雙輸入測量裝置測試了這兩種PA架構，該裝置可以掃描信號的輸入相位和幅度。這些器件沒有采用高壓縮封裝，以避免它們在采用連續(xù)波工作時產(chǎn)生過熱。這意味著，采用已調(diào)信號的峰值功率比靜態(tài)測量的輸出功率至少高1dB。線性化采用矢量切換廣義記憶多項式方法進行。若采用優(yōu)化的數(shù)字預失真策略，則應能提供更好的線性化。

圖5中Doherty PA的連續(xù)波測量結果表明，在2.14GHz時，峰值輸出功率達到46.2dBm，效率為68.79%——在6dB回退(BO)處，效率可保持在58%以上。圖5還顯示了增益響應。

使用高能效的RF功率放大器能降低高數(shù)據(jù)速率移動通信系統(tǒng)的運營成本Doherty PA還采用PAR為7dB的單載波WCDMA信號進行了測試。測試表明，線性化后，Doherty PA的平均效率為58.3%，平均輸出功率為40.41dBm。線性化后的Doherty PA的功率譜如圖6所示。

使用高能效的RF功率放大器能降低高數(shù)據(jù)速率移動通信系統(tǒng)的運營成本對于使用前述將QLI E類負載網(wǎng)絡集成進封裝的方法實現(xiàn)的雙輸入混合模式異相功率放大器，圖6顯示了其測得的效率與輸出功率響應關系。分支PA1偏置為AB類，而PA2偏置為深AB類，這與AB類/AB類偏置相比，有助于將回退效率提高3%。彩色圓點顯示了輸入功率和相位的2D掃描。靜態(tài)測量結果顯示峰值輸出功率為49dBm，效率為77%——在回退6dB以外，效率仍能保持在60%以上。通過連接所有高效點而實現(xiàn)的最終最佳響應表明，其在9dB回退范圍內(nèi)具有超過50%的效率，并具有良好的增益，如圖7所示。

使用高能效的RF功率放大器能降低高數(shù)據(jù)速率移動通信系統(tǒng)的運營成本混合模式異相PA也使用PAR為7dB的單載波WCDMA信號進行了測試。測量結果表明，該混合模式異相PA的平均效率為66.6%，線性化后的平均輸出功率為42.68dBm。線性化后的譜圖如圖7所示。

總結

這項工作表明，通過將高次諧波終止在RF封裝內(nèi)部，可以構建基于負載調(diào)制的高效PA。這種方法還意味著功率組合網(wǎng)絡可以做到簡單、緊湊。