CN107707207A - 多频多制式射频功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了多频多制式射频功率放大器，包括本体、输入信号端、输出功率端、传感器模组、控制器和控制模组，传感器模组和控制模组均连接输入信号端，控制模组还连接控制器；输入信号端用于输入射频信号，传感器模组用于检测射频信号状态信息，并将射频信号的状态信息发送至控制器；控制器用于根据该状态信息输出控制信号至控制模组，以使输出功率端对射频信号进行调节为适应的输出信号至输出功率端。上述机制为功放的宽带精确匹配、功率压缩、电平衰减等多种控制手段同时实施创造了条件，这些正是实现多频多制式兼容功放所需要满足的特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线射频电子装置，尤其涉及一种多频多制式射频功率放大器。
背景技术
目前，在射频功率放大器的多制式兼容能力方法，现有的技术主要有针对宽频段的功放匹配技术和针对不同调制信号的线性化技术。宽频段匹配技术使单个功放工作频段可以覆盖从UHF(Ultra High Frequency)到L波段，目前采用的匹配多为传输线变压器匹配。这种匹配方式没有通过对不同频率进行精确匹配而是通过一个宽带变压器强行进行匹配，这就面临着变压器自身功率消耗的问题，使功放整体效率降低，增加了电力消耗。线性化技术主要有数字预失真技术，如国内公开号为CN102427437A的专利所公开的宽带功放数字预失真装置及其预失真方法用来改善失真度。
在降低功放的电力消耗方面，现有技术主要是Doherty功放技术和功放包络跟踪技术。Doherty功放技术是由W.H.Doherty于1936年发明的，通过一个功放放大载波信号，再加上另一个功放放大峰值信号，来实现对功率消耗的控制，可以实现较高的效率。Doherty功放最大的不足在于功率的匹配使用的是固定1/4波长线，只能适用于某一频段，因此在对于无人机双频或多频等多制式的兼容方面的需求有先天的不足。而包络跟踪技术是一种快速改变功放供电电压曲线的技术，使其与工作信号的包络按照同样规律变化，让功放的功率容量时刻都与要求的输出功率匹配，使功放在任何工作制式下都有较好的效率，实现较少的电力消耗。
轻量化集约化方面，目前广泛采用的方式仅为集成电压参数控制的方式，具体可参见公开号为CN101944884A的相关专利公开的功放模块栅压自动补偿装置及方法。而除了电压以外，功放的重要参数还有工作频率，上述专利描述的自动装置未包含对于频率参数的采集和控制运用。
但是，现有的技术存在以下缺陷：
(1)数字预失真技术由于其针对不同半导体器件在不同频率以及不同工作条件下的失真物理特性进行建模，算法复杂，而且同一个算法对于不同器件的适应性较差，难以实现轻量化。
(2)包络跟踪技术由于电源瞬态调整技术还未取得进展，在高速传输时对于快速变化的信号还不能实现实时跟踪，特别是现在广泛采用16QAM、64QAM等调制方式的信号包络变化精细且速度较快，实现难度更高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多频多制式射频功率放大器，其能够实现宽带精确匹配，接口精简的目的。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
多频多制式射频功率放大器，其特征在于，包括本体、输入接口和输出接口，输入接口为输入信号端，输出接口为输出功率端，本体内设有传感器模组、控制器和控制模组，传感器模组和控制模组均连接输入信号端，控制模组还连接控制器；输入信号端用于输入射频信号，传感器模组用于检测射频信号状态信息，并将射频信号的状态信息发送至控制器；控制器用于根据该状态信息输出一控制信号至控制模组，以使输出功率端对射频信号进行调节为一适应的输出信号至输出功率端；所述状态信息包括频率信息、电平大小、包络形状。
进一步地，所述传感器模组包括分别与控制器连接的数字鉴频器、电平检测器、包络检波器，所述数字鉴频器用于检测射频信号的频率信息，电平检测器用于检测射频信号的功率大小，包络检波器用于检测射频信号的包络形状。
进一步地，传感器模组还包括功率检测器，控制器和控制模组的输出端均与功率检测器连接，该功率检测器用于检测输出信号的功率大小。
进一步地，所述控制模组包括依次连接的激励控制模块、功放电路、匹配控制模块和波段控制模块，且激励控制模块、功放电路、匹配控制模块和波段控制模块均与控制器连接；激励控制模块用于调节功放电路输入激励信号的大小，功放电路用于调节功放的线性输出功率；匹配控制模块用于根据来自控制器的频段控制信号调节功放电路与波段控制模块之间的匹配参数；波段控制模块用于将不同频段的信号输出至相应的输出接口。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明通过对射频信号进行状态检测，获取其频率、电平、包络等状态信息，为功放的宽带精确匹配、功率压缩、电平衰减等多种控制手段同时实施创造了条件，解决了多频多制式功放实现过程中的技术难题。。
附图说明
图1为本发明的多频多制式射频功率放大器的结构图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1所示，本发明提供一种多频多制式射频放大器，其包括本体、输入接口和输出接口，输入接口和输出接口设置在本体上，输入接口配置为输入信号端，输出接口配置为输出功率端，在本体内部设置传感器模组、控制器和控制模组，克服了以往需要从功放外部输入频率、功率大小等信息来控制的不足，所需要的工作参数信息都可以自主从输入信号中提取，因此外部控制接口可以得到精简，大大提升功放的集约化程度。传感器模组和控制模组均连接输入信号端，控制模组还连接控制器；输入信号端用于输入射频信号，传感器模组用于检测射频信号状态信息，并将射频信号的状态信息发送至控制器；控制器用于根据该状态信息输出一控制信号至控制模组，以使输出功率端对射频信号进行调节为一适应的输出信号至输出功率端；所述状态信息包括频率信息、电平大小、包络形状。
传感器模组包括分别与控制器连接的数字鉴频器、电平检测器、包络检波器，所述数字鉴频器用于检测射频信号的频率信息，从而可以确定功放的工作频率范围。电平检测器用于检测射频信号的功率大小，包络检波器用于检测射频信号的包络形状，用于判别信号的类型，确定功放的失真度性能应该调整到哪种等级。数字鉴频器对输入的射频信号进行采集和判断，并利用获取的频率信息扩展频段控制功能，为实现多频多制式射频功率放大需要的宽度精确匹配和线性度创造了条件。传感器模组还包括功率检测器，控制器和输出功率端的输出端均与功率检测器连接，该功率检测器用于检测输出信号的功率大小，据此可以调整功放的输出功率至目标功率值，实现功率闭环控制。控制器根据传感器模组采集到的状态信息，对功放内各处的工作参数进行调整控制。控制的方式包括电压控制、增益控制、电平衰减控制、通路切换控制等。
所述控制模组包括依次连接的激励控制模块、功放电路、匹配控制模块和波段控制模块，且激励控制模块、功放电路、匹配控制模块和波段控制模块均与控制器连接；激励控制模块用于调节功放电路输入激励信号的大小，功放电路用于调节功放的线性输出功率；匹配控制模块用于根据来自控制器的频段控制信号调节功放电路与波段控制模块之间的匹配参数；波段控制模块用于将不同频段的信号输出至相应的输出接口。上述电平控制信号、功率控制信号、频段控制信号、频率控制信号均属于控制信号。
本发明采用功率压缩方法减少功耗。功率压缩的出发点在于功放在不同频率上的效率不是常量，也就是说功放使用同一种功率容量配置将会在不同的频率上有不同的效率。因此，通过对功率容量在不同工作频率时的精确配置，使每一个频率上都能达到较好的效率，挖掘出功放更多效率的潜力。同时工作频率这个参数属于慢变量，这就克服了包络跟踪技术通过捕捉高速变化的包络遇到在电源瞬态调整上的技术瓶颈。具体的办法与包络跟踪技术类似，也是通过调整功放的供电电压。与包络跟踪技术不同的是，包络跟踪技术根据包络信号跟随时间的变化进行调整，而本发明中是根据频率的变化来进行调整，包络信号随着符号率变化可能产生12800000次/秒的变化速率，而即便采用高速跳频通信方式，频率的变化速率也在1000次/秒左右。由于对功率容量的调整与时间这个变量无关，因此功率压缩的方式就避免了包络跟踪技术的瓶颈。这个只需要再根据输出功率大小以及通信制式不同而对功放的功率容量进行压缩，而避免功放以同样的功率容量工作在所有的功率等级和通信制式下，以换取功放效率的提升，减少电力消耗。另一方面，本发明采用偏置调整的方式，与功率压缩类似，将采集到的频率信息、电平大小等判断为当前信号的制式，通过调整功放的偏置电压，来改变功放的失真度性能，用于适应不同通信制式信号对失真度性能的不同要求。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (4)
1.多频多制式射频功率放大器，其特征在于，包括本体、输入接口和输出接口，输入接口为输入信号端，输出接口为输出功率端，本体内设有传感器模组、控制器和控制模组，传感器模组和控制模组均连接输入信号端，控制模组还连接控制器；输入信号端用于输入射频信号，传感器模组用于检测射频信号的状态信息，并将射频信号的状态信息发送至控制器；控制器用于根据该状态信息输出一控制信号至控制模组，以使输出功率端对射频信号进行调节为一适应的输出信号至输出功率端；所述状态信息包括频率信息、电平大小、包络形状。
2.如权利要求1所述的多频多制式射频功率放大器，其特征在于，所述传感器模组包括分别与控制器连接的数字鉴频器、电平检测器、包络检波器，所述数字鉴频器用于检测射频信号的频率信息，电平检测器用于检测射频信号的功率大小，包络检波器用于检测射频信号的包络形状。
3.如权利要求2所述的多频多制式射频功率放大器，其特征在于，传感器模组还包括功率检测器，控制器和输出功率端均与功率检测器连接，该功率检测器用于检测输出信号的功率大小。
4.如权利要求3所述的多频多制式射频功率放大器，其特征在于，所述控制模组包括依次连接的激励控制模块、功放电路、匹配控制模块和波段控制模块，且激励控制模块、功放电路、匹配控制模块和波段控制模块均与控制器连接；激励控制模块用于调节功放电路输入激励信号的大小，功放电路用于调节功放的线性输出功率；匹配控制模块用于根据来自控制器的频段控制信号调节功放电路与波段控制模块之间的匹配参数；波段控制模块用于将不同频段的信号输出至相应的输出接口。
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