在传统的 RF 放大器设计中,如果采用固定的电源电压,放大器通常只能在压缩模式下达到最高效率。
而放大器的效率与其输出功率成正比,即:输出功率越高,效率也越高。
对于 GSM 信号,由于它基于恒定包络调制,其峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)接近于零。这意味着 GSM 放大器的输出功率通常接近饱和点,因此效率较高。
下图是 GSM 的恒定包络信号在时域中的示意,表现为较稳定的波形。
然而,在 LTE 信号的情况下,由于采用了 OFDM 调制,其 PAPR 接近 12dB 。通过一些基带技术,可以将 PAPR 降低到 8.5dB。因此,由于这个较高的 PAPR ,LTE 信号的功率放大器工作在比饱和点低 8.5dB 的频率上,这会导致放大器效率下降。
LTE 的变包络信号在时域中表现为波动较大的波形。
当信号的峰均功率比较高时,即信号的峰值电平远高于平均值,放大器必须能够适应这些峰值,同时在较低的平均功率水平下运行。在信号峰值期间,放大器需要全电源电压以提供所需的功率而不产生压缩。
但在信号较低期间,不需要这么高的电压,这意味着在器件中会有功率耗散。放大器在较低功率水平下只需要较小的电压,因此,如果始终以较高的电压运行,就会不必要地浪费功率。
可以看出,功耗与 RF 信号包络的峰值和电源电压之间的面积成正比。对于具有低峰均功率比的信号,这个面积可能很大。
为了提高 RF 放大器的效率,可以采用包络跟踪技术。那到底什么是包络跟踪技术?
顾名思义,包络跟踪技术通过跟踪和利用信号的振幅包络来工作。
在包络跟踪系统中,不断调整施加到功率放大器的电源电压,以确保放大器在给定的瞬时输出功率要求下以峰值效率运行。
系统会检测功率放大器输入端的信号包络,并使用它来驱动电源,为RF功率放大器提供适当的线路电压。这个电压是经过调制的,以确保它能够正确地跟踪信号的振幅变化。
因此,可以说,包络跟踪 是一种射频放大器的设计方法,它通过不断调整施加到RF功率放大器的电源电压,确保放大器在每个传输时刻都能以峰值效率运行,从而满足所需的功率输出。
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