CN104052410A - 高效率线性功放系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效率线性功放系统及其实现方法，所述系统通过耦合电路将射频信号分为直通信号和耦合信号，直通信号经过预失真处理直接输入到Doherty放大器进行功率放大，与此同时，信号带宽识别电路识别耦合信号的瞬时带宽，控制单元根据该瞬时带宽在Doherty放大器对直通信号进行功率放大之前调整峰值放大器中微波功率晶体管的栅极电压，以调整峰值放大器的工作状态。通过调整峰值放大器的工作状态，当射频信号为宽带信号时适当牺牲Doherty放大器的效率以换取其更好的线性特性。这样预失真电路无需按照最大带宽要求设计，从而减小预失真电路的设计和制造成本，进一步地减小整个功放系统的设计和制造成本。

Description

高效率线性功放系统及其实现方法

【技术领域】

本发明涉及一种功放系统，特别是涉及一种高效率线性功放系统及其实现方法。

【背景技术】

无线通信的发展经历了2G、3G和4G，未来将进入5G，无线通信进入大数据时代。为了保证无线通信的通信质量，提高频谱利用率，降低无线通信运营成本，对无线通信设备的效率、宽带、线性等指标也提出了越来越高的要求。

射频功率放大系统是无线通信系统中的核心有源设备，其性能在整个无线通信系统中起决定性作用。目前，射频功率放大系统一般采用Doherty(多赫蒂)放大器来实现高效率性能，加上预失真技术便可实现射频功率放大系统的高效率、高线性指标。

在实际的应用中，由于存在多个运营商使用同一个设备其工作频段内的不同频段，或者不同时段信号载波数存在变化，因此，进入射频功率放大系统的信号，其瞬时带宽是变化的，而且没有固定规律。信号瞬时带宽相对较窄(窄带)时，Doherty放大器的初始线性较好，失真较小，对预失真的校正相对容易；但是，当信号载波增加时，这是信号瞬时带宽也相应地增加，当达到宽带水平时，由于Doherty放大器的带宽特性，Doherty放大器初始线性急剧恶化，此时对预失真的校正比较困难，使得射频功率放大系统线性变差，导致终端接收到的信号严重失真，从而严重影响整个通信系统。若按照最大的带宽要求去设计预失真电路，的确能解决上述问题，但是这样预失真电路非常复杂，开发难度大、设计制造成本较高，从而增加射频功率放大系统的成本，进一步地，由于信号瞬时带宽是变化的，且在夜间等时间段内，其信号瞬时带宽为窄带，所以射频功率放大系统按照最大的带宽要求设计的预失真电路会造成很大资源浪费。

【发明内容】

基于此，有必要针对现有技术中对宽带信号Doherty放大器初始线性差导致射频功率放大系统线性变差的问题，提供一种高效率线性功放系统及其实现方法。

一种高效率线性功放系统，包括耦合电路、预失真电路、信号带宽识别电路、控制单元以及Doherty放大器，所述Doherty放大器至少包括一个峰值放大器，所述峰值放大器至少包括一个微波功率晶体管，所述耦合电路包括射频输入端、直通输出端以及耦合输出端；所述射频输入端用于输入射频信号，所述直通输出端与预失真电路的输入端连接，所述预失真电路的输出端与所述Doherty放大器的输入端连接；所述耦合输出端与信号带宽识别电路的输入端相连，所述信号带宽识别电路的输出端与控制单元的输入端相连，所述控制单元的输出端与所述微波功率晶体管的栅极相连；所述射频信号通过所述射频输入端输入至所述耦合电路，并通过耦合电路将射频信号分为通过直通输出端输出直通信号和通过耦合输出端输出的耦合信号，所述直通信号经过预失真电路进行预失真处理后输入至所述Doherty放大器进行功率放大；所述耦合信号经过信号带宽识别电路后，所述信号带宽识别电路输出射频信号的瞬时带宽至控制单元，该控制单元根据所述瞬时带宽调整所述微波功率晶体管的栅极电压，以调整峰值放大器的工作状态。

相应地，本发明还提供一种高效率线性功放系统的实现方法，包括步骤：将射频信号分为直通信号和耦合信号；所述直通信号经过预失真处理后输入至Doherty放大器进行功率放大；获取所述耦合信号的瞬时带宽，并根据该瞬时带宽调整峰值放大器中微波功率晶体管的栅极电压，以改变所述峰值放大器的工作状态。

本发明通过耦合电路将射频信号分为直通信号和耦合信号，直通信号经过预失真处理直接输入到Doherty放大器进行功率放大，与此同时，信号带宽识别电路识别耦合信号的瞬时带宽，控制单元根据该瞬时带宽，在Doherty放大器对直通信号进行功率放大之前调整峰值放大器中微波功率晶体管的栅极电压，以调整峰值放大器的工作状态。由于在通信系统中射频信号的带宽是实时变化的，而且经过预失真电路后的宽带信号在峰值放大器为丙类工作状态时经过Doherty放大器放大后会产生严重失真，所以通过调整峰值放大器的工作状态，当射频信号为宽带信号时适当牺牲Doherty放大器的效率以换取其更好的线性特性。这样预失真电路无需按照最大带宽要求设计，从而减小预失真电路的设计和制造成本，进一步地减小整个功放系统的设计和制造成本。

【附图说明】

图1为本发明一种高效率线性功放系统结构示意图；

图2为本发明一种高效率线性功放系统的实现方法的流程图。

【具体实施方式】

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

请参阅图1，其是本发明一种高效率线性功放系统结构示意图。

一种高效率线性功放系统，包括耦合电路101、预失真电路102、信号带宽识别电路103、控制单元104以及Doherty放大器105，所述Doherty放大器105至少包括一个峰值放大器1053，所述Doherty放大器105进一步地，还包括功分电路、载波放大器以及高效率合路电路，所述峰值放大器1053至少包括一个微波功率晶体管，所述耦合电路101包括射频输入端、直通输出端以及耦合输出端。

通过调整所述微波功率晶体管的栅极电压，可调整所述峰值放大器1053的工作状态，从而调整Doherty放大器的效率。

所述射频输入端用于输入射频信号，所述直通输出端与预失真电路102的输入端连接，所述预失真电路102的输出端与所述Doherty放大器105的输入端连接；

所述耦合输出端与信号带宽识别电路103的输入端相连，所述信号带宽识别电路103的输出端与控制单元104的输入端相连，所述控制单元104的输出端与所述峰值放大器1053中微波功率晶体管的栅极相连。

所述射频信号通过所述射频输入端输入至所述耦合电路101，并通过耦合电路101将射频信号分为通过直通输出端输出的直通信号和通过耦合输出端输出的耦合信号，所述直通信号的带宽和耦合信号的带宽与射频信号的带宽相同。

所述直通信号经过预失真电路102进行预失真处理后输入至所述Doherty放大器105进行功率放大。所述预失真电路102为以下电路的一种或者多种：前馈预失真电路、模拟预失真电路、射频预失真电路和数字预失真电路。

与此同时，所述耦合信号经过信号带宽识别电路103后，所述信号带宽识别电路103输出射频信号的瞬时带宽至控制单元104，该控制单元104根据所述瞬时带宽调整所述峰值放大器1053中微波功率晶体管的栅极电压，以调整峰值放大器1053的工作状态。

由于直通信号和耦合信号的带宽相同，所述信号带宽识别电路103接收到耦合信号后，可以直接输出耦合信号的带宽作为直通信号的瞬时带宽，也可输出耦合信号的带宽等级作为直通信号的瞬时带宽。

当所述耦合信号为窄带信号时，控制单元104将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器1053工作在丙类工作状态时的电压。

当所述耦合信号为宽带信号时，控制单元104将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器1053工作在甲乙类工作状态时的电压。

本发明通过耦合电路101将射频信号分为直通信号和耦合信号，直通信号经过预失真处理直接输入到Doherty放大器105进行功率放大，与此同时，信号带宽识别电路103识别耦合信号的瞬时带宽并输出瞬时带宽，控制单元104根据该瞬时带宽，在Doherty放大器对直通信号进行功率放大之前调整峰值放大器1053中微波功率晶体管的栅极电压，以调整峰值放大器的工作状态。由于在通信系统中射频信号的带宽是实时变化的，而且经过预失真电路后的宽带信号在峰值放大器为丙类工作状态时通过Doherty放大器放大会仍然产生严重失真，所以通过调整峰值放大器的工作状态，当射频信号为宽带信号时适当牺牲Doherty放大器的效率以换取其更好的线性特性。这样预失真电路无需按照最大带宽要求设计，从而减小预失真电路的设计和制造成本，进一步地减小整个功放系统的设计和制造成本。

在另一个实施例，实施例二中，其具体电路参照实施例一和图1，在上述控制单元104根据所述瞬时带宽调整所述微波功率晶体管的栅极电压，以调整峰值放大器1053的工作状态步骤中，优选地采用如下方式：

如果所述瞬时带宽大于或等于系统设定最高阈值，则所述控制单元104将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器1053工作在甲乙类工作状态时的电压。

在本实施例中，所述信号带宽识别电路103接收到耦合信号后，直接输出耦合信号的瞬时带宽作为直通信号的瞬时带宽，控制单元104接收到所述瞬时带宽后，将所述瞬时带宽与系统设定的最高阈值进行比较，如果射频信号的带宽大于或等于系统设定最高阈值时，则判定射频信号在此时刻为宽带信号，所以所述控制单元104将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器1053工作在甲乙类工作状态时的电压。

由于直通信号与耦合信号的带宽一致，如果所述瞬时带宽大于或等于系统设定的最高阈值，则说明该直通信号带宽较大，如果峰值放大器1053不是工作在甲乙类工作状态则该直通信号经过Doherty放大器105进行功率放大后会产生严重的失真，为保证经过Doherty放大器105进行功率放大后的直通信号有良好的线性特征，必须将峰值放大器1053调整至甲乙类工作状态，即所述控制单元104将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器1053工作在甲乙类工作状态时的电压。

进一步地，如果所述瞬时带宽小于系统设定最高阈值，所述控制单元104将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器1053介于甲乙类工作状态和丙类工作状态之间的电压。

由于峰值放大器1053默认是工作在丙类工作状态，如果耦合信号的瞬时带宽小于系统设定的最高阈值，则该直通信号经过Doherty放大器105后会产生一定程度的失真，为保证经过Doherty放大器105进行功率放大后的直通信号有良好的线性特征，此时将峰值放大器1053调整至介于甲乙类工作状态和丙类工作状态的工作状态，即控制单元104将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器1053介于甲乙类工作状态和丙类工作状态之间的电压。

更进一步地，如果所述瞬时带宽小于或等于系统设定最低阈值时，所述控制单元104将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器1053工作在丙类工作状态时的电压。

由于直通信号与耦合信号的带宽一致，如果耦合信号的瞬时带宽小于或等于系统设定的最低阈值，则说明该直通信号属于窄带信号，在峰值放大器1053介于甲乙类工作状态和丙类工作状态的工作状态时该直通信号经过Doherty放大器105进行功率放大后能够保持良好的线性特征，为进一步提高Doherty放大器105的效率，此时将峰值放大器调整至丙类工作状态，即所述控制单元104将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器1053工作在丙类工作状态时的电压。

请参阅图2，其是本发明一种高效率线性功放系统的实现方法的流程图。

一种高效率线性功放系统的实现方法的流程图，包括步骤：

S201：将射频信号分为直通信号和耦合信号；

所述直通信号和耦合信号的带宽等与射频信号都相同，且所述直通信号的波形和带宽与射频信号相同。

S202：将所述直通信号经过预失真处理后输入至Doherty放大器进行功率放大；

将直通信号进行预失真处理，所述预失真处理可以为以下方式的一种或者多种：前馈预失真、模拟预失真、射频预失真和数字预失真。

直通信号进行预失真处理后，输入至Doherty放大器，并由Doherty放大器对其进行功率放大。

S203：获取所述耦合信号的瞬时带宽，并根据该瞬时带宽调整峰值放大器中微波功率晶体管的栅极电压，以改变所述峰值放大器的工作状态。

所述Doherty放大器至少包括一个峰值放大器，通过调整峰值放大器的工作状态可以调节Doherty放大器的效率。

所述峰值放大器至少包括一个微波功率晶体管，通过调整所述微波功率晶体管的栅极电压，可以改变所述峰值放大器的工作状态，进而调节Doherty放大器的效率。

获取所述耦合信号的瞬时带宽，由于耦合信号的带宽和直通信号的带宽一致，所以根据所述瞬时带宽在对直通信号放大的同时调整峰值放大器中微波功率晶体管的栅极电压，以改变所述峰值放大器的工作状态。

当所述耦合信号为窄带信号时，将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器工作在丙类工作状态时的电压。

当所述耦合信号为宽带信号时，将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器工作在甲乙类工作状态时的电压。

本发明通过将射频信号分为直通信号和耦合信号，直通信号经过预失真处理后直接输入到Doherty放大器进行功率放大，与此同时，获取所述耦合信号的瞬时带宽，并根据该瞬时带宽调整Doherty放大器内峰值放大器中微波功率晶体管的栅极电压，以调整峰值放大器的工作状态。由于在通信系统中射频信号的带宽是实时变化的，而且Doherty放大器中的峰值放大器一般是工作在丙类工作状态，所以经过预失真处理后的宽带信号在峰值放大器为丙类工作状态时的Doherty放大器会仍然产生严重失真，通过调整峰值放大器的工作状态，当射频信号为宽带信号时适当牺牲Doherty放大器的效率以换取其更好的线性特性。这样预失真处理所用的预失真电路无需按照最大带宽要求设计，从而减小预失真电路的设计和制造成本，进一步地减小整个功放系统的设计和制造成本。

在另一个实施例中，上述步骤S203中，根据该瞬时带宽调整Doherty放大器中微波功率晶体管的栅极电压，以改变所述峰值放大器的工作状态的步骤，具体包括：

S301：如果所述瞬时带宽大于或等于系统设定最高阈值，则将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器工作在甲乙类工作状态时的电压。

所述瞬时带宽大于或等于系统设定最高阈值时，则说明直通信号在此时刻为宽带信号，如果峰值放大器工作在不是在甲乙类工作状态则该射频信号经过Doherty放大器后会产生严重的失真，为保证经过Doherty放大器后的射频信号有良好的线性特征，此时必须将峰值放大器调整至甲乙类工作状态，即把所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器工作在甲乙类工作状态时的电压。

在另一个实施例中，在上述步骤S301之后还进一步包括步骤：

S302：如果所述带宽小于系统设定最高阈值，则将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器介于甲乙类工作状态和丙类工作状态之间的电压。

由于峰值放大器默认是工作在丙类工作状态，如果所述瞬时带宽小于系统设定的最高阈值，则该直通信号经过Doherty放大器后会产生一定程度的失真，为保证经过Doherty放大器后的直通信号有良好的线性特征，此时将峰值放大器调整至介于甲乙类工作状态和丙类工作状态之间的工作状态，即将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器介于甲乙类工作状态和丙类工作状态之间的电压。

在另一个实施例中，上述步骤S302之后还进一步包括步骤：

S303：如果所述瞬时带宽小于或等于系统设定最低阈值，则将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器工作在丙类工作状态时的电压。

如果耦合信号的瞬时带宽小于或等于系统设定的最低阈值，则说明直通信号属于窄带信号，在峰值放大器介于甲乙类工作状态和丙类工作状态的工作状态时该直通信号经过Doherty放大器后能够保持良好的线性特征，为进一步提高Doherty放大器的效率，此时将峰值放大器调整至丙类工作状态，即将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器工作在丙类工作状态时的电压。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高效率线性功放系统，其特征在于，包括耦合电路、预失真电路、信号带宽识别电路、控制单元以及Doherty放大器，所述Doherty放大器至少包括一个峰值放大器，所述峰值放大器至少包括一个微波功率晶体管，所述耦合电路包括射频输入端、直通输出端以及耦合输出端；

所述射频输入端用于输入射频信号，所述直通输出端与预失真电路的输入端连接，所述预失真电路的输出端与所述Doherty放大器的输入端连接；

所述耦合输出端与信号带宽识别电路的输入端相连，所述信号带宽识别电路的输出端与控制单元的输入端相连，所述控制单元的输出端与所述微波功率晶体管的栅极相连；

所述射频信号通过所述射频输入端输入至所述耦合电路，并通过耦合电路将射频信号分为通过直通输出端输出的直通信号和通过耦合输出端输出的耦合信号，所述直通信号经过预失真电路进行预失真处理后输入至所述Doherty放大器进行功率放大；

所述耦合信号经过信号带宽识别电路后，所述信号带宽识别电路输出射频信号的瞬时带宽至控制单元，该控制单元根据所述瞬时带宽调整所述微波功率晶体管的栅极电压，以调整峰值放大器的工作状态。

2.根据权利要求1所述的高效率线性功放系统，其特征在于，如果所述瞬时带宽大于或等于系统设定最高阈值，则所述控制单元将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器工作在甲乙类工作状态时的电压。

3.根据权利要求1所述的高效率线性功放系统，其特征在于，如果所述瞬时带宽小于系统设定最高阈值，则所述控制单元将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器工作在介于甲乙类工作状态和丙类工作状态之间的电压。

4.根据权利要求3所述的高效率线性功放系统，其特征在于，如果所述瞬时带宽小于或等于系统设定最低阈值，则所述控制单元将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器工作在丙类工作状态时的电压。

5.根据权利要求1所述的高效率线性功放系统，其特征在于，所述预失真电路为以下电路的一种或者多种：前馈预失真电路、模拟预失真电路、射频预失真电路和数字预失真电路。

6.一种高效率线性功放系统的实现方法，其特征在于，包括步骤：

将射频信号分为直通信号和耦合信号；

将所述直通信号经过预失真处理后输入至Doherty放大器进行功率放大；

获取所述耦合信号的瞬时带宽，并根据该瞬时带宽调整峰值放大器中微波功率晶体管的栅极电压，以改变所述峰值放大器的工作状态。

7.根据权利要求6所述的高效率线性功放系统的实现方法，其特征在于，所述根据该瞬时带宽调整峰值放大器中微波功率晶体管的栅极电压步骤具体包括：

如果所述瞬时带宽大于或等于系统设定最高阈值，将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器工作在甲乙类工作状态时的电压。

8.根据权利要求6所述的高效率线性功放系统的实现方法，其特征在于，进一步地还包括步骤：

如果所述瞬时带宽小于系统设定最高阈值，将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器工作在介于甲乙类工作状态和丙类工作状态之间的电压。

9.根据权利要求8所述的高效率线性功放系统的实现方法，其特征在于，进一步地还包括步骤：

如果所述瞬时带宽小于或等于系统设定最低阈值，将所述微波功率晶体管的栅极电压调整为该峰值放大器工作在丙类工作状态时的电压。

10.根据权利要求6所述的高效率线性功放系统的实现方法，其特征在于，所述预失真处理为以下方式的一种或者多种：前馈预失真、模拟预失真、射频预失真和数字预失真。