高速データ通信移動通信システムでは、高いエネルギー効率を提供するRF電力増幅器（PA）が必要とされ、ネットワークの運用コストを低減するのに役立つ。

最新のセルラ標準で使用されている複雑な変調方式は高いピーク対平均電力比（PAR）を持ち、送信機のPAから高い平均効率が要求されるため、これは挑戦です。多くのPAアーキテクチャは、最も効率的に動作する「スィートスポット」を持ち、その場からはるかに低い効率で動作します。したがって、高い平均効率を達成することは、幅広い動作条件にわたって効率的なPAアーキテクチャを構築することを意味します。

このようなPAを構築するための有望なアプローチをいくつか見てきました.DhahertyとアウトフェーズアーキテクチャでGaNトランジスタを使用しました。 PAボードのサイズや複雑さを増やすことなく、送信信号の高調波が終了する方法をより効果的に制御できるならば、さらに効率を上げることができると考えています。

当社のアプローチでは、高調波整合のGaNトランジスタと準負荷感知（QLI）アーキテクチャを使用して、標準RFパッケージのClass-Eアンプの効率を実現しています。このアプローチは高効率の操作を提供します。 DohertyとアウトフェーズPAアーキテクチャが負荷を調整する方法にもかかわらず、

図1は、ドハティのPAアーキテクチャを簡略化して示しています。

図1：単純化されたDoherty PAアーキテクチャ

図2シンプルなアウトフェーズPAアーキテクチャ

QLI技術を使用してより効率的なPAを構築する
我々は、簡単な回路構造から高効率を達成するために、クラスE増幅器の有限インダクタンス実装を使用します。図1に示すように、負荷ネットワーク要素と入力パラメータとの間の関係がLとCを介して共振係数q = 3 /ω√LCの関数として変化すると、多くの動作モードが発生します。

図3：有限のDCフィードインダクタLおよびローパスLCセクション（L1C1）および関連波形を備えた、準負荷に敏感なクラスE PA

q = 1.3では、PAはE級動作モードに入り、動的負荷変調を使用するシステムに必要な広範囲の負荷抵抗で最高の効率を発揮します。

標準的なRFパッケージでは、サイズとコストの制約により、単純に一致するネットワークトポロジしか使用できません。直列コンデンサは、内部で実装することが特に困難です。したがって、図1の下半分に示すように、機能的に同一の変換されたローパスLCセクション（L1C3）を導出しました。

より高調波がパッケージ内部で整合されるので、従来の基本的なロード・プル・システムは、最大効率、最大出力電力およびバックオフ（例えば、6dB）のために最適インピーダンスを達成するのに十分良好である。測定されたデータは、アンプのスミスチャートの実軸上で最大出力パワーと効率が揃っていることを示しています。ピーク効率は維持されますが、負荷の実部が増加すると出力電力が減少し、負荷変調時にピーク効率を達成するために必要な二次高調波インピーダンスは影響を受けません。この特性は、Doherty PAおよびOut-phasing PAの平均効率を高めるために非常に有用です。

Class E Doherty PA設計にQLI技術を適用する
パッケージされたデバイスの電力と効率のロードプル測定では、λ/ 4の内部信号回転があることが示唆されています。この内部回転は、ドハティPAの負荷ネットワークの設計で考慮に入れることができるので、出力に補償ラインを追加する必要はありません。パッケージリードで必要とされる基本的な負荷インピーダンスは、Dohertyコンバイナが余分なマッチングネットワークなしで直接接続できるように十分に高いものです。

高調波がパッケージ内で終端されるという事実は、Doherty PAの負荷ネットワークが単純でコンパクトであり、高調波整合を必要としないことを意味します。さらに、メインデバイスはAB級モードでバイアスされ、ピークデバイスは静止電流用のC級モードでバイアスされ、従来のドハティ動作を保証し、ハードドライブするとデバイスはE級動作になります。

QLI技術をデュアル入力、ミックスモードアウトフェーシングPAデザインに適用
混合モードのアウトフェーズ設計を図4（b）に示します。 Chireix補償は、面積を消費するシャントサセプタンスを追加する代わりに、電気的長さを±Δだけ調整することによって2つのブランチに組み込まれています。 Δの値は、必要な位相外れ補正角度を決定します。

混合モードのアウトフェーズ動作では、最大ドレイン/ PAE効率とパワーバックオフを達成するために、位相と入力電力制御の組み合わせが使用されます。最良の効率応答を達成するためのドライブプロファイルは、ルックアップテーブルに格納されています。これは、アウトフェーズPAがより大きなアウトフェーズ角度で効率/ゲインロールオフを鋭くすることを避け、高いラインアップ効率を維持できることを意味します。

実際のQLI PAアーキテクチャ
我々は、信号の入力位相と振幅の両方をスイープすることができるデュアル入力測定設定を使用して、これら2つのPAアーキテクチャをテストしました。連続波で動作しているときにデバイスが過熱するのを防ぐため、デバイスは高圧縮に押されませんでした。これは、変調された信号によるピーク電力が静的に測定された出力電力よりも少なくとも1dB高いことを意味します。ベクトル化された汎用メモリ多項式手法を線形化に使用した。最適化されたデジタルプリディストーションストラテジーにより、さらに優れた線形化が得られるはずです。

まとめ

この研究は、RFパッケージ内の高調波を終端することにより、高効率、負荷変調ベースのPAを構築することが可能であることを示しています。このアプローチはまた、電力結合ネットワークが単純でコンパクトであることを意味する。

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