用于多路径放大器的设计方法和多路径放大器与流程

本发明涉及多路径放大器的设计方法和根据这种方法设计的多路径放大器。多路径放大器可以特别地用于多尔蒂(doherty)或希莱克斯(chireix)放大器拓扑中，但是也可以应用于其他放大器类型，例如但不限于推挽放大器、平衡放大器或空间组合放大器。这样的多路径放大器可以特别地在发射前端(txfe)设备中实现，例如在移动通信设备或移动计算设备中使用。

背景技术：

多尔蒂功率放大器架构越来越多地在基站和广播应用中用作更传统的b类放大器的替代品。多尔蒂放大器结构简单，性能高效。然而，尽管其成功，多尔蒂功率放大器架构的可行实现方式在rf带宽方面可能相当有限，这是趋向于更高功率恶化的问题。

由于多尔蒂功率放大器架构由于其提高的效率性能而广泛使用，因此线性度和工作带宽通常会恶化。c类偏置峰值放大器可能导致am-pm失真，从而限制了整个放大器的线性度。此外，用于输出功率的组合器设备通常被认为是可实现的rf带宽的约束因素。多尔蒂功率放大器架构通常用于窄带情况，通常伴有预失真输入电路。

具体地在前端应用中，多尔蒂功率放大器架构已经成为准线性架构的选择。随着微波或毫米波空气接口变得越来越普遍，特别是随着5g通信技术的出现，传统使用的放大器类型作为多尔蒂架构的组成部分对其适用性施加了严格的限制，迄今为止已经尝试用不同的方法解决。

文献wo2007/117189a1公开了一种用于补偿复合放大器的多个发射分支中的信号失真的方法和系统。文献wo2007/078217a1公开了一种具有非线性驱动功能的失谐复合放大器，其具有随着复合放大器输出电压幅度而变化的相位，并用于将输出电压转变点变换成扩展的输出电压转换区域，以提高复合放大器的效率。文献us2014/0085000a1公开了具有主放大器电路、辅助放大器电路和信号发生装置的多尔蒂型放大器。文献us2015/0116039a1公开了一种具有可调功率分配器的多路放大器系统。文献us8,354,882b2公开了具有用于mmic集成的优化输入网络的多尔蒂放大器。

技术实现要素：

根据本发明的公开内容，可以实现用于设计多路径放大器的方法和根据这种方法设计的多路径放大器。

具体地，根据本发明的第一方面，一种用于设计多路径放大器的方法包括：将具有至少两个放大器分支的放大器级连接到组合器级；将具有多个扫描变量中的一个或多个扫描变量的多个测试信号馈送到放大器级；根据多个测试信号在组合器级的输出端子处测量输出信号；基于所测量的输出信号，设计用于放大器级的输入网络级的结构；以及将所设计的输入网络级与放大器级组合以创建效率优化的多路径放大器。

根据本发明的第二方面，一种多路径放大器包括：具有至少一个输入端子和至少两个输出端子的输入网络级，至少两个输出端子连接到多路径放大器的相应的放大器分支。根据本发明的第一方面所述的方法来设计输入网络级。

在一些实施例中，扫描变量包括频率、差分输入幅度、差分输入相位和绝对输入功率中的一个或多个。

在一些实施例中，所测量的输出信号包括电流消耗、通道输出功率、相邻通道功率和输出波峰因子中的一个或多个。

在一些实施例中，其中测量所述输出信号包括针对所测量的输出信号的边界条件列表检查当前输出信号，以便最小化执行测量所浪费的时间。

在一些实施例中，设计输入网络级(2)的结构包括以下项目的一种或多种：一般通用滤波器构建技术，离散滤波器部件合成，分布式滤波器部件合成，环形混合，具有希夫曼移相器的级联环形混合和席夫曼移相器。

在一些实施例中，输入网络级的设计包括至少两个输出端子。

在一些实施例中，输入网络级的设计包括模拟处理模块。

在一些实施例中，输入网络级的设计包括衰减器、差分移相器、功率分配器和混合耦合器中的一个或多个。

在一些实施例中，设计输入网络级的结构包括设计具有相对于彼此的功率线性输出的至少两个输出端子。

在一些实施例中，输入网络级的设计包括威尔金森(wilkinson)分配器。

本发明的一个思想是在开发阶段的早期提供多路径放大器的放大器级和组合器级的硬件原型。这些部件必然受到缺陷和与理想参数的偏差的影响。放大器级和组合器级的硬件原型经受广泛的经验多维测试。测试结果用于随后对输入网络级的设计过程中的不完善性进行补偿。

除此之外，存在与这种设计方法和伴随设计的多路径放大器相关联的若干具体优点。

输入网络级可以包括诸如功率分配器、混合耦合器、衰减器和/或移相器的各种部件。这些部件可以是无源部件，可以考虑所获得的测试结果来选择这些部件的设计、规格和参数。例如，输入网络级可以被合成以在产生的多路径放大器的输出处重新创建频率上的差分幅度和相位的最佳值。有利的是，可以通过将输入网络级设计考虑适配到放大器级和组合器级的缺陷来实现频域均衡。

通过在具有原型放大器级和原型组合器级的截断原型多路径放大器的输入端子处使用矢量信号发生器，在输出端子出使用信号与频谱分析器，可以快速地执行广泛的经验多维测试。可以通过使用快速测试执行软件来驱动快速测量方案。

有意地修改输入网络级的设计以具有在频率上不恒定的特性，从而可以允许实现最终设计，该最终设计被定制朝向在放大器级和/或组合器级的给定缺陷下的最佳输出。通过优化输入网络级以适应放大器级和组合器级中的离散可以实现性能改进，从而有效地执行频域均衡。

随着多尔蒂概念在5g和其他毫米波频率应用中的推出，这种设计技术变得越来越重要。在这些较高频率下，子电路具有显著增加的电气尺寸的潜力，这反过来可能导致频率分散增加和带宽降低。

使用本发明的设计方法可以实现的性能增益特别地不受放大器和组合器级的子部件中的模型精度，建模方法或分散效应的限制，而是经验地映射所收集的底层硬件的缺陷，以获得专门设计的输入网络级的硬件部件。因此，最终获得的多路径放大器不需要任何主动控制的元件，因此相应地减小了输入网络级的复杂度。

本发明的具体实施方案在从属权利要求中阐述。

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将是清楚的并得以阐明。

附图说明

将仅通过示例的方式参照附图来描述本发明的更多细节、方面和实施例。附图中的元件为了简单和清楚而被示出，并且不一定按比例绘制。

图1示意性地示出了根据本发明的一些实施例的多路径放大器。

图2示出了根据本发明的一些其它实施例的用于设计多路径放大器的方法的程序步骤的流程图。

在所有附图中，相同的或至少具有相同功能性的元件、特征和部件具有相同的附图标记，除非另有明确说明。

具体实施方式

图1示意性地示出了多路径放大器10。多路径放大器10可以是采用并联的至少两个放大器分支的任何类型的放大器。多路径放大器10可以例如包括多尔蒂放大器、平衡放大器、推挽放大器或空间组合放大器。多路径放大器10的一般功能是提供由放大器分支中的一个产生的输出电流，该输出电流相对于其驱动信号是不连续的。

多尔蒂放大器近年来在变送器前端硬件方面享有复兴。该多尔蒂放大器在文献中的持续存在，包括会议记录和专利数据库，都证明了其优雅性和灵活性。为了实现多尔蒂预期的操作，放大器和组合器应满足两个广泛的条件：(i)由辅助放大器产生的输出电流应具有相对于驱动信号不连续的特定特性；和(ii)组合器(“阻抗逆变器”)的长度应为90度。尽管致力于使三个子电路(即输入网络级2，具有放大器分支4a、4b、4c的放大器级和组合器级6)中的每一个较少地分散，但是以上列出的两个条件都不能在实践中充分满足。结果，负载调制过程并不纯粹是真实的。

所公开的用于多路径放大器10的架构不是相互排斥的，即可以使用一个或多个反相放大器或推挽放大器来构建多尔蒂放大器架构。多个反相放大器例如可以被平衡。

如图1所示的多路径放大器10包括输入网络级2，该输入网络级2具有用于接收输入信号的至少一个输入端子1和用于输出输出信号的至少两个输出端子3a、3b、3c。在图1中，输出端子3a、3b、3c的数量示例性地示为三个，然而，应当理解，对于输入网络级2的输出端子的数量，大于1的另一数量可能同样是可能的。输入网络级2在一些实施例中可以用无源电路形成，例如用电阻器，连接器线，电感器和/或电容器形成。在一些实施例中，输入网络级2可以形成为在输出端子3a、3b、3c处输出信号，这些输出信号相对于彼此并且相对于输入端子1处的输入信号是功率线性的。输入网络级2在一些实施例中可以包括模拟处理模块。模拟处理模块可以由模拟电路部件形成，并且可以用于处理信号。此外，模拟处理模块可以以模块化形式实现。在一些实施例中，输入网络级2可以包括电子部件，例如衰减器，移相器和/或混合耦合器。例如，衰减器可以被实现为t型或π型衰减器。移相器可以例如被实现为差分移相器，例如希夫曼(schiffmann)移相器。在一些实施例中，模拟处理模块可以是不可调整的。在一些实施例中，模拟处理模块可以不由用户输入或调整单元控制。

输入网络级2的输出端子3a、3b、3c连接到具有相应数量的放大器分支4a、4b、4c的有源负载调制放大器装置，放大器分支4a、4b、4c各自连接到输入网络级2的输出端子3a、3b、3c中的一个。放大器分支4a，4b，4c的数量在图1中示例性地示出为三个，然而，应当理解，对于放大器分支的数量，大于1的另一数量可能是同样可能的。放大器分支4a、4b、4c最终与诸如带通滤波器，衰减器，开关或类似部件的附加部件一起形成放大器级4。诸如例如在多尔蒂型布置中，在多个放大模块的级联布置中，可以根据期望的放大器功能，来设置放大器级4。

图1的多路径放大器10的部件的设计(具体地说输入网络2)将结合如图2所示的设计方法m来说明，同时参考图1的示例性放大器架构以更好地了解基本原理。

图2示意性地示出了用于设计多路径放大器的设计方法m的程序步骤。设计方法m可以有利地用于设计如图1所示的多路径放大器10。

在设计方法m中，第一步骤m1设计将具有至少两个放大器分支4a、4b、4c的放大器级连接到组合器级6。放大器级和组合器级可以是在性能上具有缺陷的硬件原型。

在第二步骤m2中，具有多个扫描变量中的一个或多个扫描变量的多个测试信号被馈送到放大器级。扫描变量可以例如包括频率、差分输入幅度、差分输入相位和绝对输入功率中的一个或多个。

在第三步骤m3中，根据多个测试信号，在组合器级的输出处测量输出信号。测量的输出信号可以例如包括电流消耗、通道输出功率、相邻通道功率和输出波峰因子中的一个或多个。为了最小化执行测量浪费的时间，测量输出信号可以包括针对所测量的输出信号的边界条件列表检查当前输出信号。

在第四步骤m4中，基于所测量的输出信号来设计用于放大器级的输入网络级2的结构。这可以包括通用滤波器构建技术、离散滤波器部件合成、分布式滤波器部件合成、环形混合(rat-racehybrid)、具有希夫曼移相器的级联环形混合和席夫曼移相器中的一种或多种。输入网络级2可以特别地被设计为包括至少两个输出端子，模拟处理模块，和衰减器、差分移相器、功率分配器和混合耦合器中的一个或多个，和/或威尔金森分配器。

在第五步骤中，将设计的输入网络级2与放大器级组合以产生效率优化的多路径放大器10。

为了提供测试信号，可以使用信号库。在每个信号库中，存在校准信号和多个测试信号。校准信号包括三个3gpp载波，每个载波由80mhz分开以占据总共160mhz。测试信号是单个3gpp载波，基带偏移范围从-80mhz到+80mhz，增量为10mhz。使用带有测试信号库的基带频率扫描可实现两个smw通道的单相相干校准，以用于振幅，相位和时间延迟。使用固定if执行rf频率扫描将需要在不同的相关lo(本地振荡器)频率下进行校准(幅度、相位、延迟)。对于rf频率扫描，用户可以为每个频率预校准，存储和调用这些校准值(延迟，基带相位和基带幅度)，以支持更宽的带宽。用户当然可以自由创建自己的信号库并定义自己的实验。可以使用winiqsim2软件或使用矢量信号分析仪生成信号。替代地，可以在matlab或类似软件中生成信号。

在一些实施例中，例如通过设计为传送信号形式的数据的连接器(例如lan连接器)来连接放大器级和组合器级可能是有用的。如果放大器级和组合器级不通过连接器连接，则可能难以将信号从放大器级传输到组合器级。在一些实施例中，将放大器级和/或组合器级连接到电源也可能是有帮助的。这有助于向放大器级和/或组合器级提供功率。

应执行校准以确保连接到组合器级的测试电缆末端处的输出信号的时间、相位和幅度的正确对准，即测试电缆的影响需要被消除。如果quickstep用于测量运行，则校准过程可能已嵌入到quickstep项目文件中。在quickstep项目中，可以使用forum脚本执行校准，从而在phython脚本编写环境中轻松实现仪器控制。

诸如上述quickstep之类的快速文本执行软件可以用于驱动放大器级和组合器级的表征过程。可以执行广泛的嵌套循环扫描表征。其他表征方法可能例如涉及搜索感兴趣的操作点。独立的扫描变量可以例如包括频率、差分输入幅度、差分输入相位、偏置点和/或绝对输入功率。测量的相关输出量可以例如包括电流消耗、通道输出功率、相邻通道功率和/或输出波峰因子。

例如，可以针对旨在最小化在不太可能感兴趣的操作区域中执行测量的浪费时间的条件列表来检查测量值。这样做也会降低在应用测试信号时进入潜在有害操作条件的风险。

通过使用矢量信号发生器和信号与频谱分析仪可以使设计方法m的表征过程变得容易，而快速测量可以用quickstep来实现。然后可以使用高性能em仿真工具(例如cststudio套件)来设计优化的输入网络级。可以使用两种不同的分配器合成：通用滤波器构建技术包括计算和合成通过威尔金森分配器所连接的离散、分布(或两者)滤波器电路部件，或使用级联的环形混合和希夫曼移相器的分布式方法。

在前面的说明书中，已经参考本发明的实施例的具体示例描述了本发明。然而，应当清楚的是，在不脱离如所附权利要求所述的本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。例如，参考附图示出和描述的各种元件之间的连接可以是如下的连接类型，其适于例如经由中间设备从相应节点、单元或设备传送信号，或将信号发送至相应节点、单元或设备。因此，除非另有暗示或说明，连接可以例如是直接连接或间接连接。

由于实施本发明的装置大部分由本领域技术人员已知的电子部件和电路组成，所以为了理解和领会本发明的基本概念，并且为了不混淆或分散本发明的教导，电路及其部件的细节将不会以比如上所述的所认为必要的程度更大程度来解释。

此外，本发明不限于在非可编程硬件中实现的物理设备或单元，而是还可以应用于可通过根据合适的程序代码进行操作来执行所需设备功能的可编程设备或单元中。此外，设备可以物理地分布在多个设备上，然而功能上操作为单个设备。功能上形成单独设备的设备可以集成在单个物理设备中。本领域技术人员将认识到，逻辑或功能块之间的边界仅仅是说明性的，并且替代实施例可以合并逻辑块或功能块或者在各种逻辑或功能块上施加功能的替代分解。

在说明书中，任何附图标记不应被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除在权利要求中列出的元素或步骤之外的其他元素或步骤的存在。此外，如本文所使用的术语“一个”被定义为一个或多于一个。此外，在权利要求中使用诸如“至少一个”和“一个或多个”等介绍性短语不应被解释为暗示：通过不定冠词“一个”引入另一个权利要求元件将包括这样的被引入的权利要求元件的任何特定的权利要求限定为仅包括一个这样的元件的发明，即使当相同的权利要求包括引入性短语“一个或多个”或“至少一个”和诸如“一个”的不定冠词。对于使用限定性冠词的情况，也是如此。除非另有说明，术语如“第一”和“第二”用于任意区分这些术语所描述的元素。因此，这些术语不一定意在表示这些元素的时间优先级或其他优先级。在相互不同的权利要求中列举某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。除非在权利要求书中具体叙述，否则如权利要求中所述的方法步骤的顺序不损害实际上可以执行该步骤的顺序。

本领域技术人员将理解，附图中所选择的元件的图示仅用于帮助提高对本发明的各种实施例中的这些元件的功能和布置的理解。此外，在商业上可行的实施例中有用或必要的常见且很好理解的元件通常在附图中未示出，以便于理解本发明这些各种实施例的技术概念。还应当理解，所描述的方法中的某些程序步骤可以以特定的发生顺序描述或描绘，而本领域技术人员将会理解，实际上并不需要这样的关于序列的特异性。