理解包络跟踪功率放大器及其特性

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。

采用成形表做功放线性化也有系统折衷，这就是，在线性度明显提高的同时，效率有小的损失（请比较图1图5与图4图6）。成形功能的选择也对包络路径的带宽需求有很大影响。对于1%到2%的系统效率损失，线性区与压缩区之间的平滑转换可减小对包络放大器的带宽要求。

图5 :采用成形表对功放做线性化时，系统的折衷是在线性度有相当改善情况，损失了效率。线性区与压缩区之间的平滑转换结果是较低的带宽。见图1、4和6。

图6 :选择一个有最佳效率的成形表，可能使功放AM/AM非线性。

在设计一个固定电源的线性功放时，必须将大部分精力用于在最大输出功率处获得适当的线性特性。很多因素都对线性度有影响，包括基本的技术特性、偏置，以及RF匹配等，而设计者的职责是在效率与线性度之间获得最佳的折衷。但对于一个包络跟踪功率放大器，压缩区的线性度不再是一个自主的功放参数。放大器在小功率低电区仍然必须是线性的。但在较大功率上，不存在AM线性度约束，开发人员可以在设计功放时获得最佳的包络跟踪效率，而不必顾虑AM线性度。与AM失真不同，包络成形表并不直接控制相位失真。不过，很多功放工作在包络跟踪模式时，都表现出PM失真的下降。

这种自线性化的结果是，你可以用一个包络跟踪系统，在信号峰值时做更多的压缩，高于固定电源的放大器，从而在给定的线性度下增加了输出功率。图7是针对一个工作在固定电源和包络跟踪模式下的放大器，分别测得的邻道泄漏比与误差矢量幅度性能。在此例中，?40-dBc邻道泄漏比时，采用包络跟踪模式的放大器输出功率要比固定电源模式高2 dB。

图7 :在-40 dBc邻道泄漏比时，包络跟踪放大器的输出功率要比固定电源模式放大器高2 dB (a)。亦显示了误差矢量幅度性能 (b).

确定特性的技术

如果没有先定义好的成形表，就不可能测量包络跟踪功放的独立性能。这种定义需要在电源电压和输入功率的全程区间上，测量功放的基本特性，包括输出功率、效率、