無線設(shè)備行業(yè)竭力削減設(shè)備的成本、尺寸和功耗，而提升高功率放大器的功率附加效率(PAE)仍然是一個極具挑戰(zhàn)性的目標(biāo)。目前有多種技術(shù)正在研發(fā)之中。大多數(shù)情況下，任何技術(shù)的商業(yè)化都將取決于能否開發(fā)出突破性的技術(shù)。本文主要討論用來提高PAE的一些技術(shù)以及支持該技術(shù)的一些RF信號處理模塊。
峰均比
圖1所示為一個20MHz帶寬正交頻分多路復(fù)用(OFDM)信號的時間包絡(luò)。該信號包括大量碼元速率相對較低的正交QAM調(diào)制子載波。基于OFDM的無線傳輸正變得越來越流行，部分原因是低碼元速率的子載波對衰落相對不敏感。它目前用于無線LAN和WiMax系統(tǒng)，將來也會用于下一代長期演進(jìn)(LTE)移動數(shù)據(jù)和語音系統(tǒng)。高級OFDM系統(tǒng)允許子載波的調(diào)制隨著工作和環(huán)境條件的改變而變化。例如，如果一個用戶位于小區(qū)的邊緣，系統(tǒng)可能決定用正交相移鍵控方法來調(diào)制子載波，這就需要相對較低的信噪比，才能成功進(jìn)行解調(diào)。其代價是數(shù)據(jù)速率相對較低。另一方面，如果用戶靠近小區(qū)中心并需要高數(shù)據(jù)速率，則可以發(fā)射更高階調(diào)制子載波，從而帶來更高的數(shù)據(jù)速率。
圖1：20MHz帶寬正交頻分多路復(fù)用(OFDM)載波的時間包絡(luò)。
更高階QAM信號(如64QAM和128QAM)具有高峰均比，而OFDM信號可以輕松包括1024個子載波，因此OFDM信號的峰均比也很高。圖1清楚地顯示了這一點。從圖1中還可以看到，該信號也有一些深谷。因此，雖然一般是討論峰均比，但稍后我們會看到，當(dāng)設(shè)計更高效率的功率放大器時，信號的峰值最小值比(可能達(dá)到40dB)也具有重要意義。
圖2顯示了一個功率放大系統(tǒng)的最基本框圖。提供給負(fù)載的電流由高功率放大器(HPA)電源(本例中為±4V)發(fā)出。有效值輸出信號具有有效值電平(VRMS)和峰值電平(VPEAK)。為獲得良好的信號保真度，輸出信號與電源之間必須存在足夠的裕量，使得信號波峰不會被削波。這一裕量要求導(dǎo)致該系統(tǒng)存在效率低下的弱點。如果信號具有高峰均比，則電源必須偏置以支持峰值電平而不是有效值電平。
圖2：高峰均比信號的功率放大。
假設(shè)輸出有效值電平為1Vrms，并且信號的峰均比為4，即12dB。這意味著，信號的峰值為4V，峰到峰擺幅為8V。因此，系統(tǒng)的絕對最小電源電壓可能是±4V(單電源系統(tǒng)則為8V)。提供給負(fù)載的功率等于20mW (1V×1V/50)，負(fù)載電流等于20mA。然而，電源提供的功率等于8mW (4V×20mA)。因此，效率只有25% (100×(20mW/80mW))。
雖然上例并不能真正代表一個實際的系統(tǒng)，但它確實說明傳輸高峰均比信號自然會降低功率放大系統(tǒng)的效率。