1 引言

隨著現代無線通訊技術的發展，具有完全自主知識產權的3G國際通信標準TD-

SCDMA的制定， TD-SCDMA頻段下的射頻功率放大器受到越來越廣泛的重視和研

究，對其設計也提出了更高的要求。效率對于射頻功率放大器而言是一個及其重

要的指標，功率放器作為無線通訊系統中最大的耗能元件，效率的高低直接關系

著功率放大器和整個系統的穩定性，為了延長通訊系統電池供電的時間，對功率

放大器的整體效率也出了更高的要求。而基于動態偏置的射頻功率放大器的供電

電壓將跟隨輸入信號的大小來改變[1]，這樣可以使功率放大器在信號輸入的整個

過程中保持較高的效率，所以基于動態偏置的功放結構被認為是提高效率很有前

景的一種結構。

2 動態偏置射頻功率放大器原理

功率放大器的集電極（漏極）效率[2]可由下式(1)解析得到

式(2)中表示基頻輸出功率式(3)表示為直流功率對于具有相同導通角的條件而

言，基波電流和直流分量之比是一個常數，在輸出功率回退的情況下，集電極

效率的改善與電壓比有關，而動態偏置就是用功率跟蹤的方法根據RF信號功率

來改善直流供電電壓[3]-[4]，對直流供電電壓采用動態的控制。圖1所示為模擬

控制的放大器功率跟蹤方框圖，功率檢測用于跟蹤輸入信號的功率，而 DC-

DC變換器是根據功率檢測出的包絡信號，對線性功率放大器的供電電壓進行

動態改變[5]，這樣，就保證了在整個輸入功率的動態范圍內，功率放大器保持較高的效率。

3 動態偏置射頻功放的計算機仿真優化

3.1 AB類功放的設計

在設計功率放大器時，為了實現更好的線性度和效率，偏置電路用1/4的偏置線和去藕電容來優化。匹配電路的設計，本文采用了對負載進行雙邊共同優化的方法，避免了傳統化的迭代過程中的復雜化，更精確地找到最佳的阻抗點。設計出的整體電路如圖2所示。

對設計出的AB類功率放大器采用2.0175GHz的信號TD-SCDMA進行仿真測試，將供

電電壓設置為28V，放大器的柵極的偏置為2.7V。圖3和圖4描述了的AB類功率放大

器PAE和增益曲線圖。

3.2 動態偏置技術的實現

在同一個輸入功率下，對供電電壓進行動態的掃描，找到在達到最大效率時供電

電壓的最優值。在整個輸入功率的范圍內，依次對供電電壓掃描，找出效率最大

值對應的漏極電壓值。結果顯示在Pin小于16dBm時，供電電壓的最優值為15V, 在

17dBm到22dBm時，供電電壓的最優值為17V,依次進行動態的掃描得出結果如圖4

所示，將得出的數據進行函數的擬合來找到供電電壓和輸入功率的對應關系，即

為功率跟蹤的動態控制函數如圖5所示。

圖5中所示，分別在輸入功率為15dBm,20dBm下，25dBm，30dBm，35dBm下的對

不同供電電壓掃描的效率分布圖，為保持在整個輸入功率的范圍內保持高的效

率，找出在各個輸入功率下效率最大值的供電電壓，對供電電壓動態的控制。

圖6中，將所得出的供電電壓和輸入功率的數據進行擬合，圖中折線代表實際

的曲線圖，平滑曲線代表擬合出的關系曲線，這樣可以將擬合出的供電電壓和

輸入功率的函數表示出來。

4 動態偏置下射頻功率放大器的仿真結果

在將動態偏置的控制函數運用到AB類功放上后，增益隨著功率的變化如圖7所

示，PAE隨著輸出功率的變化曲線如圖8所示。效率和增益曲線圖中，顯示了動

態偏置的射頻功率放大器和傳統AB類功率放大器的比較。

對以上兩圖進行比較后，可以看得出在動態偏置下，如圖所示，AB類功放的效

率在整個功率輸出的范圍內，比傳統的AB類的功放效率都要高，尤其是在小信

號下的情況，明顯在整個輸出功率的范圍內，平均要比傳統的AB類功率放大器

高出8-9%以上。相比線性度來講，動態偏置的AB類與傳統的相比，增益基本沒

有變化。

5 結束語

本文完成了動態偏置下的射頻功率放大器的設計，仿真結果表明在整個輸入功

率范圍內實現了較高的效率。與傳統的功放相比，尤其是在小信號輸入下，效

率得到了較大的改善，在整個輸入功率的范圍內提高了5-10%左右，極大提高

了功率放大器輸出的平均效率。

6 致謝

作者感謝國家自然科學基金(NSFC, 60771066)、寧波市自然科學基金

(2007A610006)和浙江省教育廳科研基金（Y200804723）的資助。

參考文獻

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[2].          張玉興．射頻與微波功率放大器設計．電子工業出版社，PP275～278

Yu Xing. Zhang. RF And Microwave Power Amplifier Design Publishing House of Electronic Industry，pp. 275-278

[3].          M.Ranjan, K.H.Koo, G. Hanington, C. Fallesen, P. Asbeck, “Microwave Power Amplifiers with Digitally-Controlled Power Supply Voltage for High Efficiency and Linearity,” IEEE MTT-S Digest, pp. 493-496, 2000.

[4].          Chin Hsia, Pavel Kolinko, Peter Asbeck and Don Kimball, “Envelope tracking technology vs. pulse RF Measurement for power amplifier,” Nov. 28, 2007

[5].          Hsuan-I Pan, Student member, IEEE, and Gabriel A. Rincon_Mora, Senior Member, IEEE. Asynchronous Nonlinear Power-Tracking Supply for Power Efficient Linear Pas. Proc. ICCCAS, 2006, pp.2531-2535.

[6].          Prof. Gabriel A. Rincón-Mora. “Efficiency Enhancement of CDMA Power Amplifiers in Mobile Handsets Using Dynamic Supplies”.

作者簡介：

袁凱  （1983-）男(漢族)，河南省駐馬店市人，現攻讀寧波大學通信與信息系統碩士，主要從事動態偏置高效射頻功率放大器的研究與設計。

劉太君（1965-），男（漢族），四川綿陽市人，博士，教授，博士生導師，IEEE高級會員，主要研究方向為高效射頻功放設計及線性化技術、無線收發信機、光纖無線電技術、智能射頻軟件等。

葉焱  （1966-），女（漢族），云南昆明市人，碩士，副研究員，主要研究方向為高效射頻功放的優化設計、非線性建模、線性化技術等。

惠明  （1983-），男（漢族），河南省許昌人，碩士，現攻讀寧波大學通信與信息系統專業博士，主要從事高效射頻功率放大器、功放線性化技術方面的研究

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