高數據速率移動通信系統需要使用高能效的RF功率放大器（PA），以便幫助降低網絡的運營成本。

然而，由于最新蜂窩標準中所用復雜調制方案的峰值平均功率比（PAR）較高，轉而要求發射機PA具有高平均效率，因此這形成了挑戰。許多PA架構都有一個“最佳工作點”——在該點處其工作效率最高，而在遠離該點的位置，其工作效率低很多。因此，要想實現高平均效率，需要構建在各種工作條件下都能高效運行的PA架構。

我們已經看到一些有前途的方法，在Doherty和異相架構中使用GaN晶體管來構建這樣的PA。我們認為，如果能在不增加PA板尺寸或復雜性的情況下，更有效地控制發射信號高次諧波終止的方式，則可以實現更高的效率。

我們的方法使用諧波匹配的GaN晶體管和準負載不敏感（QLI）架構，來實現標準RF封裝中E類放大器的效率。盡管Doherty和異相PA架構調整其負載的方式不同，這種方法都可實現高工作效率。

作為提醒，圖1顯示了簡化的Doherty PA架構。

圖2顯示了簡化的異相PA架構。

使用QLI技術構建更高效的PA

我們使用E類放大器的有限電感實現，來從簡單的電路結構實現高效率。由于負載網絡元件和輸入參數之間的關系隨著諧振因子q = 1/ω√LC（即隨L和C）而變化，因此出現了許多工作模式，如圖3所示。

在q = 1.3時，PA進入E類工作模式，可在各種負載電阻范圍內提供最佳效率——這是使用動態負載調制的系統所需。

在標準RF封裝中，由于尺寸和成本限制，僅可采用簡單的匹配網絡拓撲。串聯電容器在內部特別難以實現。因此，我們推導變換出了功能相同的低通LC部分（L1C1），如圖3的下半部分所示。

由于高次諧波在封裝內部實現匹配，因此傳統的基本負載拉移系統足以實現最大效率、最大輸出功率和回退（例如6dB）所需的最佳阻抗。測量數據顯示，最大輸出功率和效率在放大器的史密斯圓圖的實軸上對齊。對于負載實部的增加，輸出功率降低時，峰值效率保持不變，這表明在負載調制期間，實現峰值效率所需的二次諧波阻抗不受影響。這個特性對于提高Doherty和異相PA的平均效率非常有用。

將QLI技術應用到E類Doherty PA設計

我們對已封裝器件的功率和效率進行的負載牽引測量結果表明，它具有λ/4內部信號旋轉。在Doherty PA負載網絡的設計中可以考慮這種內部旋轉，因此不必在輸出端添加補償線。封裝引線所需的基本負載阻抗也足夠高，可以直接連接Doherty合路器而無需額外的匹配網絡。

高次諧波在封裝內終止意味著，Doherty PA的負載網絡可以做到簡單、緊湊，并且不需要更高的諧波匹配。此外，由于其靜態電流，主器件被偏置到AB類模式，而峰值器件被偏置到C類模式，以確保傳統的Doherty操作，以便在硬驅動時，器件能進入類E類操作。

將QLI技術應用到雙輸入、混合模式異相PA設計

混合模式異相設計如圖4（b）所示。由于添加分流電納會耗用面積，因此該設計改為通過將兩個分支的電氣長度調整±Δ，來將Chireix補償整合到其中。Δ的值決定所需的異相補償角。

對于混合模式異相工作，它使用了相位和輸入功率控制的組合，來實現最大的漏極/PAE效率與功率回退比。用于實現最佳效率響應的驅動器配置文件，存儲在查找表中。這意味著，異相PA可以避免在較大的異相角處產生急劇的效率/增益滾降，從而保持其高陣容效率。

實踐中的QLI PA架構

我們使用雙輸入測量裝置測試了這兩種PA架構，該裝置可以掃描信號的輸入相位和幅度。這些器件沒有采用高壓縮封裝，以避免它們在采用連續波工作時產生過熱。這意味著，采用已調信號的峰值功率比靜態測量的輸出功率至少高1dB。線性化采用矢量切換廣義記憶多項式方法進行。若采用優化的數字預失真策略，則應能提供更好的線性化。

圖5中Doherty PA的連續波測量結果表明，在2.14GHz時，峰值輸出功率達到46.2dBm，效率為68.79%——在6dB回退（BO）處，效率可保持在58%以上。圖5還顯示了增益響應。

Doherty PA還采用PAR為7dB的單載波WCDMA信號進行了測試。測試表明，線性化后，Doherty PA的平均效率為58.3%，平均輸出功率為40.41dBm。線性化后的Doherty PA的功率譜如圖6所示。

對于使用前述將QLI E類負載網絡集成進封裝的方法實現的雙輸入混合模式異相功率放大器，圖6顯示了其測得的效率與輸出功率響應關系。分支PA1偏置為AB類，而PA2偏置為深AB類，這與AB類/AB類偏置相比，有助于將回退效率提高3%。彩色圓點顯示了輸入功率和相位的2D掃描。靜態測量結果顯示峰值輸出功率為49dBm，效率為77%——在回退6dB以外，效率仍能保持在60%以上。通過連接所有高效點而實現的最終最佳響應表明，其在9dB回退范圍內具有超過50%的效率，并具有良好的增益，如圖7所示。

混合模式異相PA也使用PAR為7dB的單載波WCDMA信號進行了測試。測量結果表明，該混合模式異相PA的平均效率為66.6%，線性化后的平均輸出功率為42.68dBm。線性化后的譜圖如圖7所示。

總結

這項工作表明，通過將高次諧波終止在RF封裝內部，可以構建基于負載調制的高效PA。這種方法還意味著功率組合網絡可以做到簡單、緊湊。