采用功率放大器提高宽带通信系统的效率

采用功率放大器提高宽带通信系统的效率
军事和航空航天通信的一个关键要求是避免窃听的能力。

随着拦截技术变得越来越复杂，传输系统所采用的调制和加密方案也必须如此。

军用和航空电子通信系统现在使用高度灵活的无线电通信，从频带跳到频带，以及采用宽带协议以允许有效地加扰数据，并且实际上使传输看起来越来越像窃听者的噪声。

然而，向更复杂的调制方案和宽带扩频通信技术的转变给用于RF的功率放大器带来了更大的压力，这些功率放大器通常针对相对窄的频带进行调谐以提高效率。

尝试将这些设备用于宽带操作会导致低能效。

类似的过程已经影响了商业环境。

例如，在诸如GSM的商业协议中，选择高斯最小频移键控技术是因为它允许线性功率放大器在其最有效的饱和区域中操作。

更复杂的调制方案，例如正交幅度调制，可提供更高的频谱效率，允许将更多数据打包到更小的带宽中，或为加密提供更大的余量。

由于这些调制方案改变了相位和幅度而不仅仅是GMSK的相位，功率放大器需要进一步下降到其线性区域，这比靠近饱和区域工作的功率效率低。

随着调制方案的到来更复杂的是，峰均比或波峰因数恶化。

对于来自商业环境的比较，与7 dB的3G UMTS和3 dB的GSM相比，LTE将峰值平均值取为10 dB。

这又导致了电路级技术的发展，这些技术可以在不损失效率的情况下提供宽带通信。

解决这个问题的一种方法是采用现代形式的功率放大器设计。

20世纪30年代威廉多尔蒂在贝尔实验室。

该电路并联使用两个放大器。

一个是有效的，第二个放大器为调制峰值增加了额外的能量。

由于主放大器可以在接近饱和点的“后退”条件下运行更长时间，因此整体效率会提高。

次级放大器提供对信号的微调控制。

原则上，使用比2更多的放大器可以提高效率，但也会增加成本和复杂性。

随着通信技术进入更高水平的数字复杂性和频谱效率，N路Doherty设计可能会变得更加普遍。

图1：Doherty放大器架构。

虽然Doherty放大器的架构优雅且概念简单，但设计细节可能会对性能产生很大差异。

操作受输入分频器的耦合系数以及载波和峰值放大器级偏置的方式的影响。

峰值放大器开启的方式取决于输入功率电平和栅极偏置电压，这也决定了低输。