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理解包络跟踪功率放大器及其特性

理解包络跟踪功率放大器及其特性

关键字:波幅调制   RF包络   固定电源功放  包络跟踪功率放大器  
传统固定电源功率放大器的设计过程已经多年未变。有了定义良好的性能评估标准,放大器设计者的工作只是设计出一个有最佳性能标准组合的功放。这并不是一个简单的工作,但设计者至少知道一些公认的评估标准。对于包络跟踪功率放大器,情况要复杂得多,它需要使用更复杂的特性确定技术。
包络跟踪的目标是,提高那些承载高峰均功率比信号的功放效率。为了在有限的频谱资源中获得高的数据吞吐量,就需要采用有高峰均功率的线性调制。不幸的是,传统的固定电源功放在这些情况下工作效率低下。与RF信号包络同步地改变放大器的电源电压,可以提高包络跟踪功放的效率。功放的基础输出特性(功率、效率、增益和相位)现在取决于两个控制输入值:RF输入功率与电源电压,可以表述为3D面。

一个典型的包络跟踪系统会动态地调节电源电压,以高的即时功率跟踪RF包络。这种情况下,功放以高效率工作在压缩状态。主要由瞬时电源电压决定放大器的输出特性。反之,当瞬时RF功率低时,电源电压保持大体恒定,主要由线性区中的瞬时输入功率决定功放的输出特性。在这两个极端情况之间,存在着一个转换区,此时电源电压和输入功率都对输出特性有影响(图1)。




图1 :当即时RF功率低时,电源电压维持基本恒定,而线性区的即时输入功率就基本决定了功率放大器的输出特性。


包络跟踪的线性

如果知道了一个功放的AM(波幅调制)/AM和AM/PM(相位调制)特性,就可以构建出一个功率的简单准静态(即无存储的)行为模型。瞬时RF包络与所需施加电源电压之间的映射对这些特性有极大的影响,也包括功放的其它重要指标,如功率与效率。在包络跟踪系统中,包络路径中一个成形表(shaping table)的内容决定了这种映射(图2)。




图2 :即时RF包络与所施加电源电压之间的映射对这些特性有很大影响,另外还有其它关键功放指标,如功率与效率。在一个包络跟踪系统中,包络路径中成形表的内容决定了这个映射。


为实现“ISOgain”的成形,要选择RF包络与电源电压之间的映射,以获得某个恒定的功放增益(图3)。采用这种映射时,包络跟踪放大系统可实现低的AM/AM失真,即使在大部分包络周期内都工作在压缩状态(图4)。图中亦显示了用固定电源工作时的等效轨迹;从这个轨迹看,显然可以用包络跟踪对功放做线性化,降低邻道功率比以及误差矢量的幅度。




图3 :为获得“ISOgain”成形,要选择RF包络与电源电压之间的映射,以获得某个恒定的功放增益。





图4 :包络跟踪放大器系统即使在多数包络周期上都运行在压缩态,也能实现低的AM/AM失真
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