專利名稱：傳輸電路的匹配網(wǎng)絡的制作方法
技術領域：
本公開涉及無線通信，具體地，涉及隨著操作條件改變動態(tài)控制傳輸路徑的可變匹配網(wǎng)絡以在射頻(RF)輸入信號的中心頻率以及在RF輸入信號的中心頻率的一個或多個諧波提供期望的阻抗。
背景技術：
在無線通信系統(tǒng)中，當設計通信設備諸如移動設備或基站的傳輸路徑時，設計者常常被迫在競爭性能參數(shù)之間作出妥協(xié)。參照圖1，示出無線通信設備的典型傳輸路徑。傳輸路徑通常包括:控制和調(diào)制電路10，用于對數(shù)據(jù)進行編碼以通過調(diào)制的RF輸入信號RFin發(fā)射；功率放大電路(PA)12，用于對調(diào)制的RF輸入信號1^ 進行放大；阻抗匹配網(wǎng)絡14，下面將詳細描述；以及天線16，用于向遠程設備傳輸調(diào)制和放大的RF輸出信號RFott。在幾乎任何傳輸路徑設計中，設計者被迫在效率和線性度的普通競爭參數(shù)之間作出權衡。為了最小化功耗和熱生成，需要效率最大化。為了最大化發(fā)射信號的質(zhì)量，通常需要保持線性度。不幸地是，更加準確的傳輸路徑設計通常效率低。盡管在傳輸路徑設計中線性度和效率很重要，但是諸如有效操作頻譜范圍(即，帶寬)和信號增益對于全局設計也非常重要且往往彼此競爭。不同設計者可能對這些各種參數(shù)進行不同地加權。例如，移動設備中，可能與線性度相比，傳輸效率和帶寬優(yōu)先級更高，而在基站中，可能與效率和帶寬相比，線性度優(yōu)先級更高。此外，基于通信 設備的特定應用或價格點，特定類型的通信設備的一個設計者可能與另一設計師相比，對各種參數(shù)使用不同優(yōu)先級。值得注意的是，通信設備提供的操作頻率、輸出功率和調(diào)制方案的類型都明顯影響性能。例如，采用給定類型放大器的功率放大電路12在第一操作帶寬或第一輸出功率范圍內(nèi)可能相對高效，但是在第二操作帶寬或第二輸出功率范圍內(nèi)可能相對低效。類似地，相同功率放大電路12可能在放大使用一個調(diào)制方案調(diào)制的信號方面相對高效，但是在放大使用第二調(diào)制方案調(diào)制的信號方面相對低效。這些相互矛盾的設計參數(shù)對于采用不同調(diào)制方案，支持不同或?qū)挼牟僮鲙捛倚枰趯挿秶妮敵龉β仕讲僮鞯耐ㄐ旁O備，最容易出現(xiàn)問題。在本質(zhì)上，沒有哪種放大設計在寬的帶寬操作以不同調(diào)制方案調(diào)制的信號的同時在不同功率水平保持高效。其結果是，設計者正在開發(fā)基于RF輸入信號RFin的特性動態(tài)改變傳輸路徑的各個方面的配置，努力改進整體系統(tǒng)性能。在操作期間動態(tài)配置的傳輸路徑的一個方面是阻抗匹配網(wǎng)絡14的實際阻抗。如圖1所示，阻抗匹配網(wǎng)絡14位于功率放大電路12與天線16之間，且通常用于將功率放大電路12的輸出阻抗與天線16呈現(xiàn)的負載阻抗進行匹配。理論上，將功率放大電路12的輸出阻抗與天線16呈現(xiàn)的負載阻抗進行匹配獲得從功率放大電路12到天線16的最大功率傳輸。然而，實際上，這種理論匹配充其量是近似，因為阻抗匹配網(wǎng)絡14也影響功率放大電路12的許多操作參數(shù)。例如，呈現(xiàn)給功率放大電路12的有效負載的阻抗可能大大影響功率放大電路12的線性度、輸出功率和效率,因此,呈現(xiàn)給功率放大電路12的有效負載可能比將功率放大電路12的輸出阻抗與天線16呈現(xiàn)的負載阻抗進行完美匹配更加重要。因此，基于RF輸入信號RFin的特性(諸如RF輸入信號RFin的中心頻率、幅度和調(diào)制)以及期望的輸出功率，可以在操作期間動態(tài)調(diào)整阻抗匹配網(wǎng)絡14的阻抗。如圖2和圖3所示，阻抗控制電路18可以添加到傳輸路徑，用于基于操作期間RF輸入信號RFin的特性以及期望的輸出功率動態(tài)調(diào)整阻抗匹配網(wǎng)絡14的可變阻抗。對于圖2所示的傳輸路徑，阻抗控制電路18被配置為接收和分析RF輸入信號RFin,且基于分析的RF輸入信號RFin的特性以及期望的輸出功率，使用阻抗控制信號Sz。以限定的方式動態(tài)調(diào)整阻抗控制電路18的阻抗。例如，阻抗控制電路18可以基于RF輸入信號RFin的幅度和中心頻率連續(xù)調(diào)整阻抗匹配網(wǎng)絡14的一個或多個可變阻抗元件。傳輸路徑被設計為支持多種信道，其中，每個信道通常與不同中心頻率相關聯(lián)。對于每個中心頻率或信道，阻抗控制電路18可以包括與RF輸入信號RFin的不同可能幅度值和不同可用輸出功率水平相應的多個控制值。在操作中，阻抗控制電路18將基于RF輸入信號RFin的中心頻率和幅度連續(xù)識別控制值，且產(chǎn)生相應的阻抗控制信號Sz。，其用于調(diào)整阻抗匹配網(wǎng)絡14，以對RF輸入信號RFin的給定中心頻率和幅度以及期望的輸出功率水平提供期望的阻抗。對于圖3所示的傳輸路徑，控制和調(diào)制電路10被配置為向阻抗控制電路18呈現(xiàn)參數(shù)信號SP，其提供與RF輸入信號RFin的一個或多個特性有關的信息，RF輸入信號RFin同時被呈現(xiàn)給功率放大電路12用于放大。基于參數(shù)信號SP，阻抗控制電路18將產(chǎn)生相應的阻抗控制信號Szc以調(diào)整阻抗匹配網(wǎng)絡14，從而對于RF輸入信號RFin的給定中心頻率和幅度以及選擇的輸出功率水平提供期望的阻抗。對于圖3的實施例，阻抗控制電路18不需要如圖2的實施例提供那樣分析實際的RF輸入信號RFin。而是，阻抗控制電路18僅需要基于參數(shù)信號Sp確定選擇適當?shù)淖杩?，并且向阻抗匹配網(wǎng)絡14提供適當?shù)淖杩箍刂菩盘朣zc。采用呈現(xiàn)給功率放大電路12的調(diào)制阻抗的現(xiàn)有傳輸路徑設計聚焦在RF輸入信號RFin的中心頻率的阻抗。已經(jīng)忽略了 RF輸入信號RFin的各種諧波的阻抗。作為一個高度簡化的示例，假設傳輸路徑用于發(fā)送第一中心頻率的第一信號和第二中心頻率f/的第二信號。第一中心頻率Ae和第二中心頻率f/是不同限定操作帶寬中的不同頻率。還假設為了滿足期望的性能標準，設計者已經(jīng)確定當在第一中心頻率if提供RF輸入信號RFin時，阻抗匹配網(wǎng)絡14應該“理想地”提供第一阻抗ζΛ當在第二中心頻率f2e提供RF輸入信號RFin時，阻抗匹配網(wǎng)絡14應該“理想地”提供第二阻抗z/。在操作中，阻抗控制電路18將調(diào)整阻抗匹配網(wǎng)絡14，以當RF輸入信號RFin在第一中心頻率if時，提供第一阻抗ζΛ當RF輸入信號RFin在第二中心頻率f2G時，提供第二阻抗z2g。參照圖4，在史密斯圓圖上，將在第一中心頻率和第二中心頻率f2e提供的第一阻抗和第二阻抗z2e表示為阻抗點Cf10 和 f2c)。注意到，現(xiàn)有負載切換設計未能考慮操作的中心頻率的諧波的阻抗。然而，申請人發(fā)現(xiàn)中心頻率的諧波的阻抗明顯影響特別是功率放大電路12以及一般是傳輸路徑的性能。為了滿足給定的性能標準，申請人發(fā)現(xiàn)對于任何給定的操作條件，除了對于RF輸入信號RFin的中心頻率的“理想的”阻抗之外，對于中心頻率的諧波存在“理想的”阻抗。對于特定設計，這些給定操作條件的“理想的”阻抗可能基于期望的性能標準改變。繼續(xù)現(xiàn)有技術示例，假設設計者確定當在第一中心頻率提供RF輸入信號RFin時，阻抗匹配網(wǎng)絡14應該“理想地”提供第一阻抗ζΛ當在第二中心頻率f2e提供RF輸入信號RFin時，阻抗匹配網(wǎng)絡14應該“理想地”提供第二阻抗z/。再者，阻抗控制電路18將調(diào)整阻抗匹配網(wǎng)絡14，以當RF輸入信號RFin在第一中心頻率時，提供第一阻抗ζΛ當RF輸入信號RFin在第二中心頻率f/時，提供第二阻抗z2e。參照圖5，在史密斯圓圖上，將在第一中心頻率if和第二中心頻率f2e提供的第一阻抗和第二阻抗z2e表示為阻抗點(if和 f2c)。如果當設計阻抗匹配網(wǎng)絡14時僅考慮第一中心頻率和第二中心頻率f2e的阻抗，則申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與第一中心頻率if和第二中心頻率f/相關聯(lián)的諧波的實際阻抗點可能明顯不同于所認為的各個諧波的“理想”阻抗點。此結果是受害性能。繼續(xù)參照圖5的史密斯圓圖，假設作為僅考慮操作的第一中心頻率if和第二中心頻率f2e的阻抗的結果，與第一中心頻率if相關聯(lián)的二次諧波f H和三次諧波f H的實際阻抗點以及與第二中心頻率f/相關聯(lián)的二次諧波f22H和三次諧波f23H的實際阻抗點不被認為是“理想的”且被提供。如史密斯圓圖上所示，示出對于與第一中心頻率相關聯(lián)的二次諧波f H和三次諧波f H的實際阻抗點以及與第二中心頻率f2e相關聯(lián)的二次諧波f22H和三次諧波f23H的示例性“理想”阻抗點或范圍(ff)、f， )、f22H 和f23H )。正如所見，對于不同諧波，實際阻抗與期望阻抗之間的差異變化非常大。盡管對于給定性能標準，操作的中心頻率的阻抗可能被認為是“理想的”，但是如果阻抗匹配網(wǎng)絡14被配置且被控制為提供在任何給定RF輸入信號RFin的中心頻率以及與該中心頻率相關聯(lián)的至少一個諧波的“理想”阻抗，則傳輸路徑可能明顯性能更佳，如圖6所示。在此示例中，對于第一中心頻率if的RF輸入信號RFin,阻抗匹配網(wǎng)絡14可以優(yōu)選地在第一中心頻率f以及與第一中心頻率if相關聯(lián)的二次諧波Α——和三次諧波fi3H(IDEAL)提供“理想”阻抗。對于第二中心頻率f2G的RF輸入信號RFin,阻抗匹配網(wǎng)絡14可以優(yōu)選地在第二中心頻率f2e以及與第二中心頻率f/相關聯(lián)的二次諧波 .22Η(ΙΙ)ΕΑ 和三次諧波f2:3H(IDEAL)提供“理想”阻抗。

因此，需要動態(tài)控制傳輸路徑的阻抗匹配網(wǎng)絡以便除了在射頻(RF)輸入信號的中心頻率提供期望的阻抗之外也在與RF輸入信號的中心頻率相關聯(lián)的一個或多個諧波提供期望的阻抗。

發(fā)明內(nèi)容
本公開的一方面涉及無線通信設備的傳輸電路。所述傳輸電路包括功率放大電路、輸出匹配網(wǎng)絡和阻抗控制電路。功率放大電路放大RF輸入信號以提供放大的RF輸出信號，RF輸出信號通過輸出匹配網(wǎng)絡且經(jīng)由一個或多個天線發(fā)送。輸出匹配網(wǎng)絡包括可變阻抗元件，可變阻抗元件可以包括一個或多個可變電容器、電感器和電阻器，它們由阻抗控制電路控制。隨著RF輸入信號的中心頻率和操作參數(shù)條件改變，阻抗控制電路以期望方式調(diào)整輸出匹配網(wǎng)絡的一個或多個可變阻抗元件的值。調(diào)整可變阻抗元件的值，從而輸出匹配網(wǎng)絡在RF輸入信號的中心頻率和一個或多個諧波同時且動態(tài)呈現(xiàn)期望負載阻抗，以實現(xiàn)給定性能標準。
值得注意的是，本領域的普通技術人員將理解，給定RF輸入信號的中心頻率和諧波與相應放大的RF輸入信號或RF輸出信號實際相同。因此，基于RF輸入信號的中心頻率以及一個或多個諧波設置阻抗元件的阻抗或值用于基于RF輸出信號的相同中心頻率和諧波設置這些阻抗或值。參照RF輸入信號的中心或諧波頻率僅為了澄清頻率值本身，而不認為屬于推出與這些頻率有關的信息用于處理的來源。此外，注意到，操作參數(shù)可以包括期望的輸出功率，RF輸入信號的幅度或相位，操作模式等。操作模式可以涉及用于產(chǎn)生RF輸入信號的調(diào)制類型，操作的頻帶或其組合。例如，假設在操作期間特別控制RF輸入信號的中心頻率、二次諧波和三次諧波的阻抗。還假設存在RF輸入信號可以以其為中心的η個中心頻率。對于RF輸入信號的給定中心頻率和給定操作參數(shù)條件組，在RF輸入信號的中心頻率、二次諧波和三次諧波存在輸出匹配網(wǎng)絡的期望阻抗。隨著RF輸入信號的中心頻率或者操作參數(shù)條件的任何改變，有必要調(diào)整輸出匹配網(wǎng)絡的可變阻抗元件的值，以保證輸出匹配網(wǎng)絡在RF輸入信號的中心頻率、二次諧波和三次諧波的每一個向功率放大電路的輸出呈現(xiàn)期望阻抗。在任何給定時間，RF輸入信號的中心頻率、二次諧波和三次諧波的各個阻抗將可能不同，因此努力確定RF輸入信號的中心頻率、二次諧波和三次諧波的各個阻抗，以基于當前中心頻率和操作參數(shù)條件實現(xiàn)給定性能標準。在一個配置中，在RF輸入信號的可用中心頻率呈現(xiàn)給功率放大電路的阻抗被配置為通過RF輸入信號的中心頻率。相比之下，對于每個可用中心頻率的第二和二次諧波的每一個的阻抗被配置為向功率放大電路反射各個諧波。當在特定相位反射第二和三次諧波時，效率被最佳化。值得注意的是，在給定傳輸期間，某些操作條件的條件可能改變，而其他可能保持相對靜態(tài)。對于經(jīng)歷改變的那些操作參數(shù)，改變率可能非常大。在上述示例的情況下，RF輸入信號的幅度對于調(diào)制RF輸入信號的幅度的調(diào)制方案可能連續(xù)不斷地改變。相比之下，期望的輸出功率可能改變，但是通常將沒有RF輸入信號的幅度的改變那樣頻繁。在特定通信方案中，RF輸入信號的中心頻率和調(diào)制類型可能保持相對靜態(tài)，而在其他通信方案中，中心頻率可能頻繁改變。為了確定對于不同中心頻率和操作參數(shù)如何控制一個或多個阻抗元件的值，阻抗控制電路可以包括一個或多個查找表。對于操作參數(shù)條件和RF輸入信號的可用中心頻率的每個組合，一個或多個查找表將存儲控制信息，其用于調(diào)整輸出匹配網(wǎng)絡的一個或多個可用阻抗元件的值，從而輸出匹配網(wǎng)絡在RF輸入信號的中心頻率以及一個或多個諧波動態(tài)呈現(xiàn)期望負載阻抗，以實現(xiàn)給定性能標準。本質(zhì)上，查找表中的控制信息是被放大的RF輸入信號的中心頻率以及至少一個操作參數(shù)的函數(shù)。具體地，查找表中的每一項提供用于操作參數(shù)條件和中心頻率的可能組合的阻抗控制數(shù)據(jù)。例如，假設指示呈現(xiàn)給放大電路的輸出的負載阻抗的相關操作參數(shù)是RF輸入信號的中心頻率、RF輸入信號的幅度、期望輸出功率和用于產(chǎn)生RF輸入信號的調(diào)制類型。因此，每個查找表項的阻抗控制數(shù)據(jù)與RF輸入信號的可用中心頻率、RF輸入信號的可用幅度、可用輸出功率水平和可用調(diào)制類型的唯一組合相應。在操作期間，阻抗控制電路將基本連續(xù)監(jiān)控RF輸入信號的當前中心頻率，RF輸入信號的幅度，期望輸出功率水平和用于產(chǎn)生RF輸入信號的調(diào)制類型，且從查找表項中選擇與RF輸入信號的中心頻率以及當前操作參數(shù)條件相應的阻抗控制數(shù)據(jù)。從查找表項中選擇的阻抗控制數(shù)據(jù)用于設置一個或多個阻抗元件的值，從而對于當前操作參數(shù)條件，輸出匹配網(wǎng)絡動態(tài)呈現(xiàn)在RF輸入信號的中心頻率以及一個或多個諧波的期望負載阻抗。作為查找表的替代，阻抗控制電路可以采用一個或多個算法來動態(tài)計算給定中心頻率以及操作參數(shù)條件組的阻抗控制參數(shù)。該算法實際上是被放大的RF輸入信號的中心頻率以及一個或多個操作參數(shù)的函數(shù)。該算法被設計為產(chǎn)生阻抗控制數(shù)據(jù)，其將設置一個或多個阻抗元件的值，從而對于中心頻率和操作參數(shù)條件的各種組合提供在RF輸入信號的中心頻率以及一個或多個諧波的期望負載阻抗。本公開的另一方面涉及在功率放大電路前面設置輸入匹配網(wǎng)絡。輸入匹配網(wǎng)絡包括可變阻抗元件，按照與控制輸出匹配網(wǎng)絡基本相同的方式也通過阻抗控制電路控制可變阻抗元件。隨著RF輸入信號的中心頻率和操作參數(shù)改變，阻抗控制電路按照期望方式調(diào)整輸入匹配網(wǎng)絡的一個或多個可變阻抗元件的值。調(diào)整可變阻抗元件的值，從而輸入匹配網(wǎng)絡在RF輸入信號的中心頻率以及一個或多個諧波同時且動態(tài)提供期望阻抗，以實現(xiàn)給定性能標準。值得注意的是，輸入匹配網(wǎng)絡和輸出匹配網(wǎng)絡將通常不同，且在實現(xiàn)給定性能標準方面將扮演不同角色。因此，在RF輸入信號的中心頻率、二次諧波和三次諧波，在功率放大電路的源和負載在任何給定時間呈現(xiàn)的阻抗將可能不同。可變輸入和輸出匹配網(wǎng)絡有利于幾乎任何類型的功率放大設計。對于單路徑放大器設計，可以在功率放大電路之前和之后放置輸入和輸出匹配網(wǎng)絡。對于并行路徑放大器設計，諸如采用Doherty放大配置的那些設計，在并行路徑的每一個中在功率放大電路之前和之后設置輸入和輸出匹配網(wǎng)絡。不管放大器的設計如何，與現(xiàn)有設計相比，采用根據(jù)本公開的輸出匹配網(wǎng)絡可以提供高達50%的效率改善。采用除了公開的輸出匹配網(wǎng)絡之外的根據(jù)本公開的輸入匹配網(wǎng)絡已經(jīng)證明提供了在通過僅結合輸出匹配網(wǎng)絡而提供的那些之上的增量而顯著的效率增益。在閱讀下面結合附圖進行的詳細描述之后，本領域的技術人員將理解公開的范圍并意識到其附加方面。


并入說明書且構成說明書的一部分的附圖示出本公開的若干方面，并與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。圖1示出根據(jù)相關領域的第一實施例的傳輸電路。圖2示出根據(jù)相關領域的第二實施例的傳輸電路。圖3示出根據(jù)相關領域的第三實施例的傳輸電路。圖4是示出兩個不同中心頻率處的阻抗點的史密斯圓圖。圖5是示出各種中心頻率及其相關諧波處的阻抗點的史密斯圓圖，其中，諧波的阻抗點不是理想地定位的。圖6是示出各種中心頻率及其相關諧波處的阻抗點的史密斯圓圖，其中，諧波的阻抗點是理想地定位的。圖7示出具有輸出匹配網(wǎng)絡的傳輸電路。圖8是示出各種中心頻率及其相關諧波處的阻抗點的史密斯圓圖，其中，根據(jù)本公開的概念，諧波的阻抗點是理想地定位的。圖9示出具有輸入和輸出匹配網(wǎng)絡的傳輸電路。圖10示出合并Doherty放大器配置的傳輸電路，其中，每個放大器路徑包括輸入和輸出匹配網(wǎng)絡。圖11示出合并增強Doherty放大器配置的傳輸電路，其中，每個放大器路徑包括輸入和輸出匹配網(wǎng)絡。圖12示出輸入或輸出匹配網(wǎng)絡的集總元件阻抗網(wǎng)絡。圖13示出輸入或輸出匹配網(wǎng)絡的分布式阻抗網(wǎng)絡。圖14示出傳輸電路，其中，在單片集成電路上設置放大器電路以及輸入和輸出匹配網(wǎng)絡。圖15示出支持無線通信的基站或類似接入點。圖16示出支持無線通信的移動設備。
具體實施例方式下面闡述的實施例表示了使本領域技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)本公開的必要信息且示出實現(xiàn)本公開的最佳實施例。在閱讀下面參照附圖的描述之后，本領域的技術人員將理解本公開的概念且將認識到這些概念的未特別在此提及的應用。應該理解，這些概念和應用落入本公開和所附權利要求的范圍內(nèi)。參照圖7，根據(jù)本公開的第一實施例示出傳輸電路20。傳輸電路20包括控制和調(diào)制電路22、功率放大電路(PA) 24、輸出匹配網(wǎng)絡26、天線28和阻抗控制電路30?？刂坪驼{(diào)制電路22可以表示單獨的或集成的控制和調(diào)制架構。不管實現(xiàn)如何，控制和調(diào)制電路22提供傳輸電路20的總體控制以及根據(jù)選擇的調(diào)制方案調(diào)制基帶數(shù)據(jù)以提供調(diào)制的射頻(RF)輸入信號RFin。示例性調(diào)制方案可以包括，但不限于:相移鍵控(PSK)、頻移鍵控(FSK)、幅移鍵控(ASK)、正交幅度調(diào)制(QAM)、連續(xù)相位調(diào)制(CPM)、正交頻分調(diào)制(0FDM)、擴頻調(diào)制及其任意變型。如本領域技術人員所知，在不同多址接入技術中可以采用多個調(diào)制方案，多址接入技術諸如時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)、頻分多址(FDMA)和正交頻分多址(OFDMA)技術，以支持無線通信。這些調(diào)制方案和多址接入技術支持當前以及語音和數(shù)據(jù)通信的下一代無線通信標準。這些標準包括，但不限于:CDMA 0ne/2000、全球移動通信系統(tǒng)(GSM)、個人通信服務(PCS)、通用移動電信系統(tǒng)(UMTS)、全球微波接入互操作性(WiMAX)、長期演進(LTE)等。功率放大電路24被配置為將RF輸入信號RFin放大，以在期望的功率水平提供放大的RF輸出信號RFqut。功率放大電路24可以采用幾乎任何類型的功率放大設計，且可以被設置為根據(jù)不同的放大類操作，諸如A，B, A/B, C，D, E, F，G, H, J, T等，取決于傳輸電路20的給定的性能要求和設計。輸出匹配網(wǎng)絡26提供可變阻抗網(wǎng)絡且位于功率放大電路24與天線28之間。多個靜態(tài)和可變阻抗元件可以用于形成輸出匹配網(wǎng)絡26的可變阻抗網(wǎng)絡?？勺冏杩咕W(wǎng)絡可以采取電阻-電容(RC)、電感-電容(LC)或電阻-電感-電容(RLC)網(wǎng)絡的形式?？勺冏杩咕W(wǎng)絡的阻抗元件可以包括電感、電容和電阻元件(諸如分別為電感器、電容器和電阻器)或適當?shù)牡韧?。例如，可變電容器通常被稱為變?nèi)荻O管。如圖所示，輸出匹配網(wǎng)絡26的一部分被示出為包括電感器LI和三個變?nèi)荻O管\、V2和V3。簡單描述三個變?nèi)荻O管V1J2和V3,以表示輸出匹配網(wǎng)絡26的被動態(tài)調(diào)諧為對于不同RF輸入信號RFin的中心頻率以及一個或多個諧波中的每一個呈現(xiàn)期望阻抗的能力。如圖所示，輸出匹配網(wǎng)絡26可以被動態(tài)調(diào)諧為對于當前RF輸入信號RFin的中心頻率fG、二次諧波f2H和三次諧波f3H中的每一個，呈現(xiàn)期望阻抗。示出由阻抗控制電路30使用一個或多個阻抗控制信號Szc控制的變?nèi)荻O管％、V2和V3。在示出的實施例中，變?nèi)荻O管Vp V2和V3中的每一個接收唯一的阻抗控制信號Szco尤其，給定的輸出匹配網(wǎng)絡26可以包括任何數(shù)量的可變阻抗元件，由阻抗控制電路30控制。稍后將結合圖12和圖13描述輸出匹配網(wǎng)絡26的示例性配置。在操作期間，RF輸入信號RFin的中心頻率可能隨著通信信道或操作模式的改變而改變。此外，傳輸電路20在其下操作的各種操作參數(shù)的條件也可能改變。示例性操作參數(shù)可以包括期望的輸出功率、RF輸入信號RFin的幅度或相位、操作模式等。操作模式可以與用于產(chǎn)生RF輸入信號RFin的調(diào)制類型、操作的頻帶或其組合相關聯(lián)。這些操作參數(shù)的條件的改變可以相應于期望輸出功率的增加或減小、RF輸入信號RFin的相位分量的幅度的改變或從一個操作模式切換到另一個操作模式。列出的操作模式和條件改變僅是示例性的而非詳盡無遺。隨著RF輸入信號RFin的中心頻率以及操作參數(shù)的條件改變，在RF輸入信號RFin的中心頻率以及一個或多個諧波處呈現(xiàn)給功率放大電路24的各個阻抗也可能需要改變，以維持最低性能標準，通常被稱為給定性能標準。因此，隨著RF輸入信號RFin的中心頻率以及操作參數(shù)的條件改變，阻抗控制電路30以期望的方式動態(tài)調(diào)整輸出匹配網(wǎng)絡26的一個或多個可變阻抗元件的值。調(diào)整可變阻抗元件的值，從而輸出匹配網(wǎng)絡26在RF輸入信號RFin的中心頻率以及一個或多個諧波處同時且基本上連續(xù)呈現(xiàn)所需的負載阻抗，以實現(xiàn)給定性能標準。實際上，在阻抗控制電路30的操作期間以期望的方式調(diào)制可變阻抗元件(諸如變?nèi)荻O管\、\和V3)的值。通?；蛟谔囟ú僮鳁l件下，對于一個或多個尺度，諸如線性度、效率、功能帶寬和功率增益，給定性能標準可以設置最低性能要求。阻抗控制電路30被配置為基本連續(xù)根據(jù)RF輸入信號RFin的當前中心頻率以及操作參數(shù)條件確定設置輸出匹配網(wǎng)絡26的可變阻抗元件的相對值?？梢酝ㄟ^控制和調(diào)制電路22經(jīng)由參數(shù)信號Sp提供RF輸入信號RFin的當前中心頻率以及操作參數(shù)條件，參數(shù)信號Sp可以識別RF輸入信號RFin的當前中心頻率以及相關操作參數(shù)條件。例如，參數(shù)信號Sp可以呈現(xiàn)與RF輸入信號RFin的中心頻率、RF輸入信號RFin的幅度、RF輸入信號RFin的相位、期望輸出功率水平和操作模式中的一個或多個有關的信息。此外，處理電路32也可以動態(tài)地監(jiān)控RF輸入信號RFin,以檢測這些操作參數(shù)條件中的特定條件，諸如RF輸入信號RFin的中心頻率、幅度或相位。在一個實施例中，處理電路32從參數(shù)信號Sp檢索RF輸入信號RFin的當前中心頻率、期望輸出功率水平和操作模式。響應于分析RF輸入信號RFin，確定RF輸入信號RFin的任何當前幅度或相位信息。一旦獲得RF輸入信號RFin的當前中心頻率以及操作參數(shù)條件，處理電路32根據(jù)RF輸入信號RFin的中心頻率以及當前操作參數(shù)條件確定設置輸出匹配網(wǎng)絡26的可變阻抗元件的相對值。為了確定如何控制可變阻抗元件的值，處理電路32將基于當前中心頻率以及操作參數(shù)條件訪問一個或多個查找表(LUT) 34。對于RF輸入信號RFin的可用中心頻率以及操作參數(shù)條件的每個組合，查找表34將存儲控制數(shù)據(jù)?？刂茢?shù)據(jù)用于調(diào)整輸出匹配網(wǎng)絡26的一個或多個可變阻抗元件的值，從而輸出匹配網(wǎng)絡26在RF輸入信號RFin的中心頻率以及一個或多個諧波連續(xù)呈現(xiàn)期望的負載阻抗，以實現(xiàn)給定的性能標準。對于圖7的實施例，查找表34中每項的控制數(shù)據(jù)相應于特定中心頻率和操作參數(shù)條件的特定組合?？刂茢?shù)據(jù)包括對于將三個變?nèi)荻O管和V3的每一個的電容值設置為最適合相應中心頻率和操作參數(shù)條件的值來說足夠的信息。具體地，向數(shù)模轉換器(DAC)36的相應信道發(fā)送三個變?nèi)荻O管Vp V2和V3的每一個的控制數(shù)據(jù)，數(shù)模轉換器(DAC) 36將產(chǎn)生相應的模擬阻抗控制信號sz。，以設置各個變?nèi)荻O管Vp V2和V3的電容值。因此，基于RF輸入信號RFin的中心頻率以及相關操作參數(shù)條件設置輸出匹配網(wǎng)絡26的變?nèi)荻O管Vp V2和V3的電容值。此處理基本上連續(xù)重復，其中，有效地調(diào)制輸出匹配網(wǎng)絡26中可變阻抗元件的值，從而在RF輸入信號RFin的中心頻率以及一個或多個諧波給功率放大電路24連續(xù)呈現(xiàn)期望的阻抗。例如，假設指示呈現(xiàn)給功率放大電路24的輸出的負載阻抗的相關操作參數(shù)是RF輸入信號RFin的中心頻率、RF輸入信號RFin的幅度、期望輸出功率和用于產(chǎn)生RF輸入信號RFin的調(diào)制類型。預先確定每個查找表項的控制數(shù)據(jù)，且有效地，該控制數(shù)據(jù)為RF輸入信號RFin的可用中心頻率、RF輸入信號RFin的可用幅度、可用輸出功率水平和可用調(diào)制類型的函數(shù)。在操作期間，阻抗控制電路30將基本連續(xù)監(jiān)控RF輸入信號RFin的當前中心頻率、RF輸入信號RFin的即時幅度、期望輸出功率水平和用于產(chǎn)生RF輸入信號RFin的調(diào)制類型?；赗F輸入信號RFin的當前中心頻率以及列出的操作參數(shù)條件，阻抗控制電路30將從查找表項選擇與RF輸入信號RFin的中心頻率、RF輸入信號RFin的即時幅度、期望輸出功率水平和用于產(chǎn)生RF輸入信號RFin的調(diào)制類型相相應的控制數(shù)據(jù)。選擇的控制數(shù)據(jù)被呈現(xiàn)給DAC 36，DAC 36提供相應的阻抗控制信號Szc，以設置輸出匹配網(wǎng)絡26的一個或多個阻抗元件的值。由于重復此處理,響應于中心頻率和操作參數(shù)條件的不斷改變,基本連續(xù)地改變RF輸入信號RFin的中心頻率以及一個或多個諧波處的期望負載阻抗。作為查找表34的一種替代，阻抗控制電路30可以采用一個或多個算法來動態(tài)實時地計算控制數(shù)據(jù)。有效地，該算法是被放大的RF輸入信號RFin的中心頻率以及相關操作參數(shù)的函數(shù)。對于填充查找表34的控制數(shù)據(jù)，通過算法產(chǎn)生的控制數(shù)據(jù)用于如上所述設置輸出匹配網(wǎng)絡26中的可變阻抗元件的值，從而根據(jù)當前操作參數(shù)條件在RF輸入信號RFin的中心頻率以及一個或多個諧波處提供期望的阻抗。通過測試、實驗、建模等在操作之前表征在各種操作參數(shù)條件下在每個可能中心頻率及其相關諧波處輸出匹配網(wǎng)絡26呈現(xiàn)給功率放大電路24的阻抗值。由于不同性能標準將指示不同阻抗值，因此沒有通用的阻抗值組。然而，對于線性度、效率、功率增益和帶寬中的一個或多個應用特定加權或相對優(yōu)先級的性能標準，除了仔細選擇RF輸入信號RFin的中心頻率處的阻抗之外，仔細選擇RF輸入信號RFin的諧波處的阻抗將比僅控制RF輸入信號RFin的中心頻率處的阻抗提供顯著的性能增益。一旦表征了阻抗，輸出匹配網(wǎng)絡26被設計為或合成為具有足夠的可變性，以對于中心頻率和操作參數(shù)條件的每個可用組合在中心頻率和選擇的諧波呈現(xiàn)必要的阻抗。接下來，阻抗控制電路30被配置有適當?shù)牟檎冶?4或算法來控制輸出匹配網(wǎng)絡26，從而根據(jù)當前中心頻率和操作參數(shù)條件在RF輸入信號RFin的中心頻率和選擇的諧波處提供期望的阻抗。
例如，考慮控制RF輸入信號RFin的中心頻率、二次諧波和三次諧波處的阻抗且在給定性能標準中效率是主要重點的實施例。在一個配置中，在RF輸入信號RFin的可用中心頻率中的每一個處呈現(xiàn)給功率放大電路24的阻抗被配置為通過RF輸入信號RFin的中心頻率。相比之下，可用中心頻率中的每一個的二次和三次諧波中的每一個處的阻抗被配置為向功率放大電路24反射回各個諧波。當在特定相位發(fā)射二次和三次諧波時，效率最佳。該特定相位將基于實現(xiàn)而改變。反射諧波可用通過功率放大電路24的固有反饋電容從功率放大電路24的輸出電容耦合到功率放大電路24的輸入。由此，來自反射諧波的能量將加強RF輸入信號RFin,并因此提高系統(tǒng)的操作效率。已經(jīng)證明加強屬性顯著影響效率和其他性能尺度。也可以在不損失效率和線性度的情況下優(yōu)先考慮帶寬。申請人已經(jīng)示出，輸出阻抗網(wǎng)絡26提供的阻抗可以按照這樣的方式被控制:允許功率放大電路24的單個功率放大器在極寬的帶寬和輸出功率范圍內(nèi)準確且有效地操作。在適當?shù)妮敵鲎杩拐{(diào)制的情況下，單個功率放大器可以準確且有效地放大UMTS、PCS、WiMAX和LTE信號。由于PCS在1.8千兆赫(GHz)周圍操作，UMTS在2.11與2.17GHz之間操作，WiMAX在2.5 GHz周圍操作，并且LTE在2.6和2.7 GHz周圍操作，因此單個功率放大器的操作帶寬超過IGHz。在可從40dBm擴展到50dBm的平均功率范圍內(nèi)，效率可以接近80%。在類別J (單路徑)放大器的情況下，可以在高達65%的效率下實現(xiàn)2 GHz的帶寬。本公開的概念修正了現(xiàn)有設計的僅考慮和控制在RF輸入信號RFin的中心頻率處提供的阻抗的缺陷。 具體地，本公開的概念涉及除了控制在RF輸入信號RFin的中心頻率處提供的阻抗之外通過特別控制在RF輸入信號RFin的特定諧波處提供的阻抗，動態(tài)調(diào)整或調(diào)制呈現(xiàn)給功率放大電路24的負載阻抗。下面結合圖8的史密斯圓圖示出此概念。通常，圓圈表示由設計者預先確定或表征以滿足性能標準的可接受的阻抗范圍。點表示輸出匹配網(wǎng)絡26提供的實際阻抗。具體地，史密斯圓圖示出在其他操作參數(shù)條件保持靜態(tài)的同時RF輸入信號RFin從第一中心頻率f,改變到第二中心頻率f2e之前和之后的理想阻抗范圍和實際阻抗點。如圖所示，第一中心頻率if和第二中心頻率f2e處的實際阻抗(點)分別落入期望的阻抗范圍(圓圈)內(nèi)。根據(jù)本公開的概念，第一中心頻率if的二次諧波f H和三次諧波f H處的實際阻抗(點)落入其期望的阻抗范圍(圓圈)內(nèi)。第二中心頻率f2e的二次諧波f22H和三次諧波f23H處的實際阻抗(點)也落入其期望的阻抗范圍(圓圈)內(nèi)。由于各個中心頻率及相關諧波處的阻抗中的每一個都落入其期望范圍內(nèi)，因此與沒有考慮中心頻率的諧波處的阻抗且該阻抗可能遠遠落在期望范圍之外的系統(tǒng)相比，總體性能得到改進。參照圖9，本公開的另一實施例在功率放大電路24的源處提供輸入匹配網(wǎng)絡38。輸入匹配網(wǎng)絡38按照與輸出匹配網(wǎng)絡26相同的方式被配置和控制。具體地，輸入匹配網(wǎng)絡38是可變阻抗網(wǎng)絡，位于功率放大電路24的源且包括多個靜態(tài)和可變阻抗元件。如圖所示，示出包括電感器L2和三個變?nèi)荻O管V4、V5和V6的輸入匹配網(wǎng)絡38的一部分。描述三個變?nèi)荻O管'、％和V6,以表示輸入匹配網(wǎng)絡38的被動態(tài)調(diào)諧為對于不同RF輸入信號RFin的中心頻率以及一個或多個諧波中的每一個呈現(xiàn)期望阻抗的能力。如圖所示，輸入匹配網(wǎng)絡38可以被動態(tài)調(diào)諧為對于當前RF輸入信號RFin的中心頻率fG、二次諧波f2H和三次諧波f3H中的每一個，呈現(xiàn)期望阻抗。也由阻抗控制電路30使用一個或多個阻抗控制信號Sz?？刂频淖?nèi)荻O管V4、V5和v6。在示出的實施例中，變?nèi)荻O管1、％和V6中的每一個接收唯一的阻抗控制信號sz。。再次，僅提供示出的輸入匹配網(wǎng)絡38的配置來表示能夠?qū)Σ煌琑F輸入信號RFin的中心頻率以及一個或多個諧波中的每一個設置期望阻抗的概念。因此，給定的輸入匹配網(wǎng)絡38可以包括阻抗控制電路30控制的任何數(shù)量的可變阻抗元件。隨著RF輸入信號RFin的中心頻率以及操作參數(shù)的條件改變，在RF輸入信號RFin的中心頻率以及一個或多個諧波處輸入匹配網(wǎng)絡38呈現(xiàn)的各個阻抗也可能需要改變，以維持給定的性能標準。隨著RF輸入信號RFin的中心頻率以及操作參數(shù)的條件改變，阻抗控制電路30以期望的方式動態(tài)調(diào)整輸入匹配網(wǎng)絡38的一個或多個可變阻抗元件的值。調(diào)整可變阻抗元件的值，從而輸入匹配網(wǎng)絡38在RF輸入信號RFin的中心頻率以及一個或多個諧波基本上連續(xù)呈現(xiàn)所需的負載阻抗，以實現(xiàn)給定性能標準。對于圖9的實施例，阻抗控制電路30被配置為根據(jù)RF輸入信號RFin的當前中心頻率以及操作參數(shù)條件基本連續(xù)確定設置輸入匹配網(wǎng)絡38和輸出匹配網(wǎng)絡26的可變阻抗元件所至的相對值?？梢酝ㄟ^控制和調(diào)制電路22經(jīng)由參數(shù)信號Sp提供RF輸入信號RFin的當前中心頻率以及操作參數(shù)條件，參數(shù)信號Sp可以特別識別RF輸入信號RFin的當前中心頻率以及操作參數(shù)條件中的一個或多個。再者，處理電路32也可以動態(tài)地監(jiān)控RF輸入信號RFin，以檢測特定操作參數(shù)條件，諸如RF輸入信號RFin的中心頻率、幅度或相位。

一旦獲得當前中心頻率、RF輸入信號RFin以及操作參數(shù)條件，處理電路32根據(jù)中心頻率以及操作參數(shù)條件確定設置輸入匹配網(wǎng)絡38和輸出匹配網(wǎng)絡26的可變阻抗元件到的相對值。對于圖9的實施例，查找表34中的每項的控制數(shù)據(jù)相應于特定中心頻率和操作參數(shù)條件的特定組合?？刂茢?shù)據(jù)包括對于將輸出匹配網(wǎng)絡26中的三個變?nèi)荻O管V1J2和V3的每一個以及輸入匹配網(wǎng)絡38中的三個變?nèi)荻O管V4、V5和V6的每一個的電容值設置為最適合相應的中心頻率和操作參數(shù)條件的值足夠的信息。向DAC 36的相應信道發(fā)送六個變?nèi)荻O管V1至V6的每一個的控制數(shù)據(jù)，DAC 36將產(chǎn)生相應的模擬阻抗控制信號Sz。，以設置各個變?nèi)荻O管V1至V6的電容值。因此，基于當前中心頻率以及操作參數(shù)條件設置輸出匹配網(wǎng)絡26的變?nèi)荻O管\、V2和V3以及輸入匹配網(wǎng)絡38中的三個變?nèi)荻O管V4、%和￥6的電容值。此過程基于連續(xù)重復，其中，有效地調(diào)制輸入匹配網(wǎng)絡38和輸出匹配網(wǎng)絡26中可變阻抗元件的值，從而在RF輸入信號RFin的中心頻率以及一個或多個諧波給功率放大電路24連續(xù)呈現(xiàn)期望的阻抗。注意，輸入匹配網(wǎng)絡38和輸出匹配網(wǎng)絡26將通常不同，且在實現(xiàn)給定性能標準方面將扮演不同角色。因此，在RF輸入信號RFin的中心頻率以及各種諧波，在功率放大電路24的源和負載在任何給定時間呈現(xiàn)的阻抗將可能不同。在一個配置中，在RF輸入信號RFin的可用中心頻率的每一個呈現(xiàn)給功率放大電路24的源的阻抗被配置為通過RF輸入信號RFin的中心頻率。相比之下，可用中心頻率的每一個的第二和三次諧波的每一個處的阻抗被配置為向功率放大電路24反射從輸出反饋的各個諧波。再者，可以在特定相位反射或以其他方式操縱第二和二次諧波以最佳化效率。該特定相位將基于實現(xiàn)方式改變。如上所述地提供和控制可變輸入匹配網(wǎng)絡38和輸出匹配網(wǎng)絡26對幾乎任何類型的功率放大器設計都是有益的。對于單路徑放大器設計，可以在功率放大電路24之前和之后放置可變輸入匹配網(wǎng)絡38和輸出匹配網(wǎng)絡26。對于并行路徑放大器設計(諸如采用Doherty放大器配置的那些)，可以在并行路徑的每一個中在功率放大電路24之前和之后提供輸入匹配網(wǎng)絡38和輸出匹配網(wǎng)絡26。下面結合圖10描述采用本公開的概念的Doherty放大器配置。如所示，RF輸入信號RFin送入功率分配器40，諸如正交耦合器，其將RF輸入信號RFin沿“載波路徑”和“峰值路徑”進行分路。載波路徑包括載波輸入匹配網(wǎng)絡42、載波功率放大電路44、載波輸出匹配網(wǎng)絡46和90°相移元件48，諸如傳輸線，并且在Doherty組合節(jié)點終止。Doherty組合節(jié)點連接到轉換器50，轉換器50連接到天線28。峰值路徑包括90°相移元件52、峰值輸入匹配網(wǎng)絡54、峰值功率放大電路56和峰值輸出匹配網(wǎng)絡，并且終止于Doherty組合節(jié)點。在傳統(tǒng)Doherty方式中，載波功率放大電路44提供AB (或B)類放大器，峰值功率放大電路56提供C類放大器。在RF輸入信號RFin的水平低于給定閾值的時段期間,載波功率放大電路44的AB類放大器有效地放大沿載波路徑流動的RF輸入信號RFin的一部分。當RF輸入信號RFin低于給定閾值時，峰值功率放大電路56的C類放大器關閉且消耗很少功率。在RF輸入信號RFin高于給定閾值的時段期間，載波功率放大電路44的AB類放大器在放大沿載波路徑流動的RF輸入信號RFin的部分時傳遞它的最大功率。當RF輸入信號RFin低于給定閾值時，峰值功率放大電路56的C類放大器打開且在放大沿峰值路徑流動的RF輸入信號RFin的部分時傳遞上至它的最大功率。通過采用90°相移元件48和52，來自載波路徑和峰值路徑的放大信號同相到達Doherty組合節(jié)點，電抗地組合，然后在傳遞到天線28進行發(fā)射之前通過轉換器50增強。在Doherty配置的情況下，與單路徑或其他平衡放大器相比，在后退功率水平(backed-off power level)明顯提高了功率增加效率。盡管Doherty放大器有效,但是本公開的概念能夠進一步將傳統(tǒng)Doherty放大器的效率增加高達50%。繼續(xù)參照圖10，沿載波路徑在載波功率放大電路44的源和負載設置載波輸入匹配網(wǎng)絡42和載波輸出匹配網(wǎng)絡46。沿峰值路徑在峰值功率放大電路56的源和負載設置峰值輸入匹配網(wǎng)絡54和峰值輸出匹配網(wǎng)絡58。按照與上述輸入匹配網(wǎng)絡38相同的方式配置和控制載波輸入匹配網(wǎng)絡42和峰值輸入匹配網(wǎng)絡54。類似地，按照與上述輸出匹配網(wǎng)絡26相同的方式配置和控制載`波輸出匹配網(wǎng)絡46和峰值輸出匹配網(wǎng)絡58。這些匹配網(wǎng)絡42，46，54，58的每一個可以包括靜態(tài)和可變阻抗元件，由阻抗控制電路30經(jīng)由阻抗控制信號Sz。動態(tài)控制這些元件的值。隨著RF輸入信號RFin的中心頻率以及操作參數(shù)的條件改變，在RF輸入信號RFin的中心頻率以及一個或多個諧波由這些匹配網(wǎng)絡42，46，54，58呈現(xiàn)的各個阻抗也可能需要改變，以維持給定性能標準。隨著RF輸入信號RFin的中心頻率以及操作參數(shù)的條件改變，阻抗控制電路30以期望的方式動態(tài)調(diào)整匹配網(wǎng)絡42，46，54，58的可變阻抗元件的值。調(diào)整可變阻抗元件的值，從而匹配網(wǎng)絡42，46，54，58在RF輸入信號RF11^A中心頻率以及一個或多個諧波基本連續(xù)呈現(xiàn)期望的負載阻抗，以實現(xiàn)給定性能標準。除了控制匹配網(wǎng)絡42，46，54，58中的可變阻抗元件的值之外，阻抗控制電路30也可以被配置為控制與轉換器50相關聯(lián)的可變阻抗元件。在一些情況下，基于特定操作參數(shù)條件動態(tài)改變轉換器50的有效阻抗可能進一步增加傳輸電路20的性能。在示出的實施例中，在轉換器50的輸出設置分流變?nèi)荻O管VT，以提供在各種頻率改變與轉換器50相關聯(lián)的阻抗的裝置。上述這些概念可以延伸到任何數(shù)量的并行放大器路徑。例如，圖11示出包括三個路徑的修改Doherty配置:載波路徑、峰值路徑和補充峰值路徑。按照與結合圖10描述的相同方式設置載波路徑和峰值路徑。補充峰值路徑包括90°相移元件60、補充峰值輸入匹配網(wǎng)絡62、補充峰值功率放大電路64和補充峰值輸出匹配網(wǎng)絡66，且終止于Doherty組合節(jié)點中。補充峰值功率放大電路64提供C類放大器。在RF輸入信號RFin的水平低于第一閾值的時段期間，載波功率放大電路44的AB類放大器有效地放大沿載波路徑流動的RF輸入信號RFin的部分。當RF輸入信號RFin低于第一閾值時,峰值功率放大電路56和補充峰值功率放大電路64的C類放大器關閉且消耗很少功率。在RF輸入信號RFin高于第一閾值且低于第二閾值的時段期間，載波功率放大電路44的AB類放大器在放大沿載波路徑流動的RF輸入信號RFin的部分時傳遞它的最大功率。峰值功率放大電路56的C類放大器打開且在放大沿峰值路徑流動的RF輸入信號RFin的部分時傳遞上至它的最大功率。補充峰值功率放大電路64的C類放大器保持關閉。在RF輸入信號RFin高于第二閾值的時段期間，載波功率放大電路44的AB類放大器和峰值功率放大電路56的C類放大器傳遞最大功率。另外，補充峰值功率放大電路64的C類放大器打開且在放大沿補充峰值路徑流動的RF輸入信號RFin的部分時傳遞上至它的最大功率。來自載波路徑、峰值路徑和補充峰值路徑的放大信號同相到達Doherty組合節(jié)點，電抗地組合，然后在傳遞到天線28進行發(fā)射之前通過轉換器50增強。在Doherty配置的情況下，與傳統(tǒng)Doherty配置相比，在后退功率水平下進一步提高了功率增加效率。此夕卜，按照與峰值輸入匹配網(wǎng)絡54和峰值輸出匹配網(wǎng)絡58基本相同的方式配置和動態(tài)控制補充峰值輸入匹配網(wǎng)絡62和補充峰值輸出匹配網(wǎng)絡66。參照圖12，示出集總元件網(wǎng)絡?？梢酝ㄟ^圖12的集總元件網(wǎng)絡或其變型至少部分地形成上述輸入或輸出匹配網(wǎng)絡的任何一個。通常使用無源組件來表征集總元件網(wǎng)絡。示出的網(wǎng)絡包括串聯(lián)電感器L3、L4和L5 ;分流電感器L6和L7 ;串聯(lián)變?nèi)荻O管V7，旁通串聯(lián)變?nèi)荻O管V8和分流變?nèi)荻O管V9和V1(l。示出通過阻抗控制電路30的阻抗控制信號控制的變?nèi)荻O管V7至Vltl中的每一個。本領域的技術人員將認識到幾乎無限數(shù)量的集總元件網(wǎng)絡配置以及集總元件網(wǎng)絡可以包含任何數(shù)量的靜態(tài)和可變電阻器、電感器和電容器的事實。示出的示例僅描述了輸入或輸出匹配網(wǎng)絡的可變阻抗網(wǎng)絡的全部或一部分的一個示例性配置。圖13示出將圖12的集總元件阻抗網(wǎng)絡實現(xiàn)為分布式網(wǎng)絡。通常通過使用傳輸線來表征分布式阻抗網(wǎng)絡。在示出的示例中，用傳輸線TLl至TL5替換電感器L3至L7，傳輸線TLl至TL5提供了與電感器L3至L7等同的電感。在本公開的一個實施例中，在圖14所示的相同微波單片集成電路上至少形成輸入匹配網(wǎng)絡38、輸出匹配網(wǎng)絡26和功率放大電路24。如所示，輸入匹配網(wǎng)絡38、輸出匹配網(wǎng)絡26和功率放大電路24可以全部形成在相同的氮化鎵(GaN)半導體管芯上，并且剩余控制和處理電路，諸如控制和調(diào)制電路22以及阻抗控制電路30，可以形成在一個硅(Si )半導體管芯上或者分布于多個娃半導體管芯上。在一個實施例中，阻抗控制電路30實現(xiàn)在現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)中。盡管氮化鎵和硅材料系統(tǒng)作為示例被使用，但是其他材料系統(tǒng)，諸如砷化鎵(GaA)、硅鍺(SiGe)等可以用于形成傳輸電路20的各個部分。在特定情況下，特別在平均輸出功率處于十(10)瓦特范圍內(nèi)時，采用單片微波集成電路(MMIC)解決方案已經(jīng)證明非常有益。具體地，與非單片解決方案相關聯(lián)的相位延遲的引入可能影響呈現(xiàn)阻抗的正確分辨率和準確度，從而對即時帶寬和其他性能尺度帶來不利影響。此外，使用GaN材料系統(tǒng)形成麗1C，已經(jīng)證明進一步增加了系統(tǒng)的分辨率和準確度。在此解決方案中，可以在單個集成電路或管芯內(nèi)集成單級或多級單端放大器或Doherty放大器布置。功率放大電路24的輸入和輸出上的諧波終止變得高度可控，并且可以被定位電接近形成功率放大電路24的晶體管。功率放大性能的再現(xiàn)性以及MMIC解決方案的便于制造和高產(chǎn)量可以優(yōu)于采用裸晶體管管芯或其他芯片組件或者具有印制電路板匹配的封裝晶體管的混合方法。附加益處是與混合電路相比麗IC解決方案在尺寸上的減小，從而可以組合多個“低平均功率”集成電路以支持要求較高平均功率的應用。因此，合并晶體管、變?nèi)荻O管和其他無源組件的單個MMIC可以單獨用于“低功率”(分布式架構、微微小區(qū)或相控陣列)應用，而多個組合的MMIC用于“高功率”(固定塔和微/宏小區(qū))應用。另外如圖14所示，可以采用從輸出匹配網(wǎng)絡26或在輸出匹配網(wǎng)絡26周圍經(jīng)由反饋信號FS到阻抗控制電路30的反饋。具體地，可以與輸出匹配網(wǎng)絡26相關聯(lián)地采用“監(jiān)聽”電路，或者在阻抗控制電路30中采用“監(jiān)聽”電路，以允許阻抗控制電路30監(jiān)控RF輸出信號RFqut,以保證輸出匹配網(wǎng)絡26按照期望執(zhí)行。因此，可以精細調(diào)諧輸出匹配網(wǎng)絡26的可變阻抗元件的值，以保證在RF輸出信號RFqut和RF輸入信號RFin的適當中心頻率和諧波頻率提供適當?shù)淖杩?。參照圖15，示出根據(jù)本公開的一個實施例的基站。基站可以用作任何無線接入點，其支持無線通信以及可以支持任何類型的無線通信技術，諸如采用OFDMA、CDMA和TDMA的傳統(tǒng)蜂窩技術以及本地無線技術?；就ǔ０刂葡到y(tǒng)68、基帶處理器70、如上所述的傳輸電路20、接收電路72、一個多個天線74和網(wǎng)絡接口 76?？刂葡到y(tǒng)68將具有存儲器，用于存儲必需的軟件以及操作所需的數(shù)據(jù)。在一個實施例，在FPGA中實現(xiàn)控制系統(tǒng)68。接收電路72從移動設備的一個或多個遠程發(fā)射機接收承載信息的射頻信號。優(yōu)選地，低噪聲放大器和濾波器(未示出)合作以放大和從處理的信號去除寬帶干擾。下轉換和數(shù)字化電路(未示出)然后將濾波的接收信號下轉換到中頻信號或基帶頻率信號，然后將其數(shù)字化到一個或多個數(shù)字流?；鶐幚砥?0處理數(shù)字化的接收信號，以提取接收信號中傳遞的信息或數(shù)據(jù)比特。此處理通常包括解調(diào)、解碼和糾錯操作。因此，基帶處理器70通常實現(xiàn)在一個或多個數(shù)字信號處理器(DSP)中。然后通過網(wǎng)絡接口 76向核心網(wǎng)絡發(fā)送接收的信息，或者向基站服務的另一移動設備發(fā)送接收的信息。網(wǎng)絡接口 76通常將通過基站控制器(未示出)與核心網(wǎng)絡進行交互。在發(fā)送側，基帶處理器70在控制系統(tǒng)68的控制下從網(wǎng)絡接口 76接收可以表示語音、數(shù)據(jù)或控制信息的數(shù)字化數(shù)據(jù)。在一個實施例中，在FPGA中實現(xiàn)控制系統(tǒng)68?；鶐幚砥?0對數(shù)據(jù)進行編碼用于傳輸。編碼的數(shù)據(jù)輸出到傳輸電路20，其中，調(diào)制器使用編碼的數(shù)據(jù)，以對處于一個或多個期望發(fā)射頻率的載波信號進行調(diào)制。功率放大電路24 (圖7)將調(diào)制的載波信號放大到適合于傳輸?shù)乃?，并且通過輸出匹配網(wǎng)絡26向一個或多個天線74傳遞調(diào)制的載波信號(圖7)。
參照圖16，示出根據(jù)本公開的一個實施例配置的移動設備。移動設備將支持與各種類型基站兼容的通信技術。移動設備將包括控制系統(tǒng)78、基帶處理器80、如上所述的傳輸電路20、接收電路82、一個或多個天線84和接口電路86?？刂葡到y(tǒng)78將具有存儲器，用于存儲必需的軟件以及操作所需的數(shù)據(jù)。接收電路82從基站提供的一個或多個遠程發(fā)射機接收承載信息的射頻信號。優(yōu)選地，低噪聲放大器和濾波器(未示出)合作以放大和從信號去除寬帶干擾以進行處理。下轉換和數(shù)字化電路(未示出)然后將濾波的接收的信號下轉換到中頻信號或基帶頻率信號，然后將其數(shù)字化到一個或多個數(shù)字流。基帶處理器80處理數(shù)字化的接收的信號，以提取接收信號中傳遞的信息或數(shù)據(jù)比特。此處理通常包括解調(diào)、解碼和糾錯操作?；鶐幚砥?0通常實現(xiàn)在一個或多個DSP中。對于傳輸，基帶處理器80從控制系統(tǒng)78接收可以表示語音、數(shù)據(jù)或控制信息的數(shù)字化數(shù)據(jù)，基帶處理器80對其進行編碼用于傳輸。編碼的數(shù)據(jù)輸出到傳輸電路20，其中，調(diào)制器使用編碼的數(shù)據(jù)，以對處于一個或多個期望發(fā)射頻率的載波信號進行調(diào)制。功率放大電路24 (圖7)將調(diào)制的載波信號放大到適合于傳輸?shù)乃?，并且通過匹配網(wǎng)絡向一個或多個天線84傳遞調(diào)制的載波信號。本領域的技術人員將認識到對本發(fā)明的實施例的改進和修改。所有這種改進和修改將被認為落入在此公開的概念以及所附權利要求的范圍內(nèi)。
權利要求
1.傳輸電路，包括: 功率放大電路，被配置為放大用于傳輸?shù)纳漕l(RF)輸入信號； 輸出匹配網(wǎng)絡，連接到功率放大電路的輸出，且包括第一多個可變阻抗元件；以及 阻抗控制電路，被配置為產(chǎn)生至少一個阻抗控制信號以動態(tài)控制第一多個可變阻抗元件的值，從而輸出匹配網(wǎng)絡在操作期間隨著RF輸入信號的中心頻率改變而在RF輸入信號的一個或多個諧波基本連續(xù)提供期望負載阻抗。
2.如權利要求1所述的傳輸電路，其中，控制第一多個可變阻抗元件的值，從而在RF輸入信號的中心頻率的期望負載阻抗基本通過RF輸入信號的中心頻率周圍的信號，而在RF輸入信號的一個或多個諧波的期望負載阻抗基本反射RF輸入信號的一個或多個諧波周圍的信號。
3.如權利要求2所述的傳輸電路，其中，在RF輸入信號的一個或多個諧波的期望負載阻抗操作以按照為 進一步增強功率放大電路的輸出信號所設計的方式反射RF輸入信號的一個或多個諧波。
4.如權利要求3所述的傳輸電路,其中,在預定相位反射RF輸入信號的一個或多個諧波，以增強功率放大電路的輸出信號。
5.如權利要求1所述的傳輸電路，其中，所述一個或多個諧波包括RF輸入信號的二次諧波。
6.如權利要求5所述的傳輸電路,其中，所述一個或多個諧波還包括RF輸入信號的三次諧波。
7.如權利要求1所述的傳輸電路，其中，所述一個或多個諧波包括RF輸入信號的二次諧波和三次諧波。
8.如權利要求1所述的傳輸電路，還包括:輸入匹配網(wǎng)絡，連接到功率放大電路的輸入，且包括第二多個可變阻抗元件，其中，通過至少一個阻抗控制信號控制第二多個可變阻抗元件的值，且其中，阻抗控制電路還被配置為產(chǎn)生至少一個阻抗控制信號以動態(tài)控制第二多個可變阻抗元件的值，從而輸入匹配網(wǎng)絡在操作期間隨著RF輸入信號的中心頻率和至少一個操作參數(shù)條件改變而在RF輸入信號的中心頻率基本連續(xù)提供期望源阻抗以及在RF輸入信號的一個或多個諧波基本連續(xù)提供期望源阻抗。
9.如權利要求8所述的傳輸電路，其中， 控制第一多個可變阻抗元件的值，從而在RF輸入信號的中心頻率的期望負載阻抗基本通過RF輸入信號的中心頻率周圍的信號，而在RF輸入信號的一個或多個諧波的期望負載阻抗基本反射RF輸入信號的一個或多個諧波周圍的信號；以及 控制第二多個可變阻抗元件的值，從而在RF輸入信號的中心頻率的期望源阻抗基本通過RF輸入信號的中心頻率周圍的信號，而在RF輸入信號的一個或多個諧波的期望源阻抗向功率放大電路基本反射RF輸入信號的一個或多個諧波周圍的反饋信號。
10.傳輸電路，包括: 功率放大電路,被配置為放大射頻(RF)輸入信號； 輸出匹配網(wǎng)絡，連接到功率放大電路的輸出，且包括第一多個可變阻抗元件，其中，通過至少一個阻抗控制信號控制第一多個可變阻抗元件的值；以及 阻抗控制電路，被配置為產(chǎn)生至少一個阻抗控制信號以基于RF輸入信號的中心頻率和至少一個操作參數(shù)條件來動態(tài)控制第一多個可變阻抗元件的值，從而輸出匹配網(wǎng)絡在操作期間隨著RF輸入信號的中心頻率和至少一個操作參數(shù)條件改變而在RF輸入信號的中心頻率基本連續(xù)提供期望負載阻抗且在RF輸入信號的一個或多個諧波基本連續(xù)提供期望負載阻抗。
11.如權利要求10所述的傳輸電路，其中，功率放大電路和輸出匹配網(wǎng)絡形成在單個單片集成電路上。
12.如權利要求11所述的傳輸電路，其中，至少一個阻抗控制電路形成在與單片集成電路分離的集成電路上。
13.如權利要求12所述的傳輸電路，其中，單片集成電路基本由氮化鎵材料系統(tǒng)形成。
14.如權利要求10所述的傳輸電路，其中，對于RF輸入信號的中心頻率的可用頻率以及至少一個操作參數(shù)條件的可用狀態(tài)的各種組合，在實現(xiàn)給定性能標準的操作之前，表征在RF輸入信號的中心頻率的期望負載阻抗和在RF輸入信號的一個或多個諧波的期望負載阻抗的相應值。
15.如權利要求10所述的傳輸電路，其中，控制第一多個可變阻抗元件的值，從而在RF輸入信號的中心頻率的期望負載阻抗基本通過RF輸入信號的中心頻率周圍的信號，而在RF輸入信號的一個或多個諧波的期望負載阻抗基本反射RF輸入信號的一個或多個諧波周圍的信號。
16.如權利要求15所述的傳輸電路，其中，RF輸入信號的一個或多個諧波的期望負載阻抗操作以按照進一步增強功率放大電路的輸出信號的設計方式反射RF輸入信號的一個或多個諧波。
17.如權利要求16所述的傳輸電路,其中,在預定相位反射RF輸入信號的一個或多個諧波，以增強功率放大電路的輸出信號。
18.如權利要求10所述的傳輸電路，其中，所述一個或多個諧波包括RF輸入信號的二次諧波。
19.如權利要求22所述的傳輸電路，其中，所述一個或多個諧波還包括RF輸入信號的三次諧波。
20.如權利要求23所述的傳輸電路，其中，控制第一多個可變阻抗元件的值，從而在RF輸入信號的中心頻率的期望負載阻抗基本通過RF輸入信號的中心頻率周圍的信號，而在RF輸入信號的二次諧波和三次諧波中的每一個的期望負載阻抗基本反射RF輸入信號的二次諧波和三次諧波周圍的信號。
21.如權利要求10所述的傳輸電路，其中，操作條件涉及輸出功率，至少一個操作參數(shù)條件包括期望輸出功率水平。
22.如權利要求10所述的傳輸電路，其中，操作條件涉及RF輸入信號的特性，至少一個操作參數(shù)條件包括RF輸入信號幅度。
23.如權利要求10所述的傳輸電路，其中，操作條件涉及RF輸入信號的特性，至少一個操作參數(shù)條件包括RF輸入信號相位。
24.如權利要求10所述的傳輸電路，其中，操作條件涉及傳輸電路操作于的操作頻帶，至少一個操作參數(shù)條件包括傳輸電路當前操作所處的特定一個操作頻帶。
25.如權利要求10所述的傳輸電路,其中,操作條件涉及傳輸電路操作于的操作模式，至少一個操作參數(shù)條件包括傳輸電路當前操作所處的特定一個操作模式。
26.如權利要求10所述的傳輸電路，其中，操作條件涉及調(diào)制數(shù)據(jù)以產(chǎn)生RF輸入信號的可用調(diào)制類型，至少一個操作參數(shù)條件包括用于調(diào)制數(shù)據(jù)且產(chǎn)生RF輸入信號的特定一個調(diào)制類型。
27.如權利要求10所述的傳輸電路，還包括:輸入匹配網(wǎng)絡，連接到功率放大電路的輸入，且包括第二多個可變阻抗元件，其中，通過至少一個阻抗控制信號控制第二多個可變阻抗元件的值，且其中，阻抗控制電路還被配置為產(chǎn)生至少一個阻抗控制信號以基于RF輸入信號的中心頻率和至少一個操作參數(shù)條件來動態(tài)控制第二多個可變阻抗元件的值，從而輸入匹配網(wǎng)絡在操作期間隨著RF輸入信號的中心頻率和至少一個操作參數(shù)條件改變而在RF輸入信號的中心頻率基本連續(xù)提供期望源阻抗以及在RF輸入信號的一個或多個諧波基本連續(xù)提供期望源阻抗。
28.如權利要求27所述的傳輸電路，其中: 控制第一多個可變阻抗元件的值，從而在RF輸入信號的中心頻率的期望負載阻抗基本通過RF輸入信號的中心頻率周圍的信號，而在RF輸入信號的一個或多個諧波的期望負載阻抗基本反射RF輸入信號的一個或多個諧波周圍的信號；以及 控制第二多個可變阻抗元件的值，從而在RF輸入信號的中心頻率的期望源阻抗基本通過RF輸入信號的中心頻率周圍的信號，而在RF輸入信號的一個或多個諧波的期望源阻抗向功率放大電路基本反射RF輸入信號的一個或多個諧波周圍的反饋信號。
29.如權利要求28所述的傳輸電路，其中，所述一個或多個諧波包括RF輸入信號的二次諧波。
30.如權利要求29所述的傳輸電路，其中，所述一個或多個諧波還包括RF輸入信號的三次諧波。
31.如權利要求27所述的傳輸電路，其中，功率放大電路、輸入匹配網(wǎng)絡和輸出匹配網(wǎng)絡形成在單個單片集成電路上。
32.如權利要求10所述的傳輸電路，其中，功率放大電路和輸出匹配網(wǎng)絡形成Doherty放大器架構的載波路徑，且還包括 峰值路徑，包括峰值功率放大電路和峰值輸出匹配網(wǎng)絡； 分路電路，被配置為接收RF輸入信號且沿峰值路徑和載波路徑使RF輸入信號進行分路； Doherty組合節(jié)點，來自載波路徑和峰值路徑的放大信號電抗地組合以形成組合的輸出信號，其中: 峰值輸出匹配網(wǎng)絡 連接到峰值功率放大電路的輸出且包括第二多個可變阻抗元件，其中，通過至少一個阻抗控制信號控制第二多個可變阻抗元件的值；以及 阻抗控制電路被配置為產(chǎn)生至少一個阻抗控制信號以基于RF輸入信號的中心頻率和至少一個操作參數(shù)條件動態(tài)控制第二多個可變阻抗元件的值，從而至少在采用峰值功率放大電路放大RF輸入信號時,峰值輸出匹配網(wǎng)絡在操作期間隨著RF輸入信號的中心頻率和至少一個操作參數(shù)條件改變而在RF輸入信號的中心頻率基本連續(xù)提供期望負載阻抗且在RF輸入信號的一個或多個諧波基本連續(xù)提供期望負載阻抗。
33.如權利要求32所述的傳輸電路,還包括Doherty組合節(jié)點與另一節(jié)點之間連接的轉換器電路，其中，轉換器電路與可變阻抗元件相關聯(lián)，可變阻抗元件的值由至少一個阻抗控制電路控制，所述阻抗控制電路還被配置為動態(tài)控制可變阻抗元件的值，以按照期望方式控制轉換器電路的阻抗。
34.如權利要求32所述的傳輸電路，還包括: 在載波路徑中，輸入匹配網(wǎng)絡，連接到功率放大電路的輸入，且包括第三多個可變阻抗元件，其中，至少一個阻抗控制信號控制第三多個可變阻抗元件的值，且其中，阻抗控制電路還被配置為產(chǎn)生至少一個阻抗控制信號以基于RF輸入信號的中心頻率和至少一個操作參數(shù)條件來動態(tài)控制第三多個可變阻抗元件的值，從而輸入匹配網(wǎng)絡在操作期間隨著RF輸入信號的中心頻率和至少一個操作參數(shù)條件改變而在RF輸入信號的中心頻率在載波路徑中基本連續(xù)提供期望源阻抗以及在RF輸入信號的一個或多個諧波在載波路徑中基本連續(xù)提供期望源阻抗；以及 在峰值路徑中，峰值輸入匹配網(wǎng)絡，連接到峰值功率放大電路的輸入，且包括第四多個可變阻抗元件，其中，至少一個阻抗控制信號控制第四多個可變阻抗元件的值，且其中，阻抗控制電路還被配置為產(chǎn)生至少一個阻抗控制信號以基于RF輸入信號的中心頻率和至少一個操作參數(shù)條件來動態(tài)控制第四多個可變阻抗元件的值，從而至少在采用峰值功率放大電路放大RF輸入信號時，峰值輸入匹配網(wǎng)絡在操作期間隨著RF輸入信號的中心頻率和至少一個操作參數(shù)條件改變而在RF輸入信號的中心頻率在峰值路徑中基本連續(xù)提供期望源阻抗以及在RF輸入信號的一個或多個諧波在峰值路徑中基本連續(xù)提供期望源阻抗。
35.傳輸電路,包括: 功率放大電路，包括輸入和輸出且被配置為放大射頻(RF)輸入信號，RF輸入信號包括為傳輸已經(jīng)調(diào)制的數(shù)據(jù)； 輸入匹配網(wǎng)絡，連接到功率放大電路的輸入，且包括第一多個可變阻 抗元件，其中，通過至少一個阻抗控制信號控制第一多個可變阻抗元件的值；以及 阻抗控制電路，被配置為產(chǎn)生至少一個阻抗控制信號以基于RF輸入信號的中心頻率和至少一個操作參數(shù)條件來動態(tài)控制第一多個可變阻抗元件的值，從而輸入匹配網(wǎng)絡在操作期間隨著RF輸入信號的中心頻率和至少一個操作參數(shù)條件改變而在RF輸入信號的中心頻率基本連續(xù)提供期望源阻抗且在RF輸入信號的一個或多個諧波基本連續(xù)提供期望源阻抗。
36.如權利要求35所述的傳輸電路，其中，功率放大電路和輸入匹配網(wǎng)絡形成在單個單片集成電路上。
37.如權利要求35所述的傳輸電路，其中，對于RF輸入信號的中心頻率的可用頻率以及至少一個操作參數(shù)條件的可用狀態(tài)的各種組合，在實現(xiàn)給定性能標準的操作之前，表征在RF輸入信號的中心頻率的期望源阻抗和在RF輸入信號的一個或多個諧波的期望源阻抗的相應值。
全文摘要
本公開涉及無線通信設備的傳輸電路。所述傳輸電路包括功率放大電路、輸出匹配網(wǎng)絡和阻抗控制電路。功率放大電路放大射頻(RF)輸入信號以提供放大的RF輸出信號，RF輸出信號通過輸出匹配網(wǎng)絡且經(jīng)由一個或多個天線發(fā)送。隨著RF輸入信號的中心頻率和操作參數(shù)條件改變，阻抗控制電路以期望方式調(diào)整輸出匹配網(wǎng)絡的一個或多個可變阻抗元件的值。調(diào)整可變阻抗元件的值，從而輸出匹配網(wǎng)絡在RF輸入信號的中心頻率和一個或多個諧波同時且動態(tài)呈現(xiàn)期望負載阻抗，以實現(xiàn)給定性能標準。
文檔編號H03F1/56GK103181086SQ201180052821
公開日2013年6月26日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權日2010年11月1日
發(fā)明者C.哈里斯, R.S.彭格利 申請人:克里公司