CN108551332A - 一种频率和带宽自适应可调的功率放大器及调整方法 - Google Patents
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Abstract
一种频率和带宽自适应可调的功率放大器及调整方法，属于通信技术领域。所述装置包括开关电路A1、前级放大器电路A2、级间匹配电路A3，驱动放大器电路A4、级间匹配电路A5、末级放大器电路A6，信号源电路、耦合器A7和数字处理单元B1。方案通过调整可调高Q电容的可调端子，使可调高Q电容的容值按一定规律改变，从而使放大器输入输出匹配及级间的匹配电容大小和位置按一定组合变化，得到应用中需要的频率和带宽及线性满足要求的指标。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种频率和带宽自适应可调的功率 放大器及调整方法。
背景技术
功率放大器作为通讯系统中核心的射频单元，其性能特性对系统的整机指 标有着较大的影响，特别是其频率和带宽的特性，影响着系统的传输容量。现 有的功率放大器主要有前级放大器、驱动放大器、末级放大器、隔离器等组成， 其中各级放大器的输入和输出匹配及级间匹配中的电容一般为固定容值电容 所组成，因此，最终设计和调试形成的放大器是频率和带宽固定的功率放大器。
目前功率放大器在实际系统应用过程中，会要求工作频段更宽，能支持更 宽的宽带信号，或根据需要，输入信号的频段发生调整，从而满足发射的需求， 这就要求功放放大器有更宽的带宽或频段可调节功能，但现有的传统功率放大 器，由于放大器的器件特性，其频率和带宽受到材料及器件和应用的限制，往 往不能满足系统的要求。
发明内容
本申请实施例提供的一种频率和带宽自适应可调的功率放大器及调整方 法，能够实现对功率放大器的频率和带宽及参数指标的调整。
一方面，本申请实施例提供一种频率和带宽自适应可调的功率放大器，所 述功率放大器包括：所述功率放大器包括：前级放大器电路A2、级间匹配电路 A3、驱动放大器电路A4、级间匹配电路A5、末级放大器电路A6、耦合器A7 和数字处理单元B1、电压和电流检测B4；
放大器的频率和带宽与放大器的输入匹配、输出匹配、供电电压以及级 间匹配相关，其中，放大器的输入匹配和输出匹配与放大器的型号、放大器的 工作状态、放大器的电路结构平衡类或Doherty类、印制板材料，微带尺寸， 匹配电容大小和位置，散热尺寸有关；
根据放大器型号、放大器的工作状态、放大器的电路结构平衡类或 Doherty类、印制板材料，微带尺寸，散热结构尺寸，匹配电容大小和位置， 即可通过设计和仿真或者实验调试或者两种配合确定对应频率和带宽下放大 器输入和输出及级间匹配，在放大器输入、输出匹配电路和级间匹配电路中设 计一种具有容值可调的可调高Q电容，可以控制可调高Q电容的容值大小及位 置，并配合放大器的工作电压，从而改变放大器的输入、输出阻抗特性和级间 匹配特性，从而得到放大器不同的频率和带宽特性，同时也满足功率放大器指标预设值，并将此输入匹配，输出匹配及级间匹配与功率放大器频率和带宽及 指标参数一一对应形成组合参数；
在信号频率和带宽的变化信息和对应指标要求通过通信接口输入所述 数字处理单元B1后，所述数字处理单元B1切断各级放大器电源,并根据放大 器对应的存储在数字处理单元B1中的各个频率和带宽及预设指标所需要的放 大器输入匹配、输出匹配和级间匹配电容大小和位置各个组合参数，调取存储 的与此频率和带宽相对应的匹配组合参数；
数字处理单元B1通过电平控制可调高Q电容大小和位置，开启并控制 各级放大器栅极和漏极电源，并控制信号源电路B2产生扫描信号，经过放大 器放大后在耦合器A7的耦合端输出，输出的信号经过检测电路B3进行信号转 换，转换的数字信号再输出到数字处理单元B1，数字处理单元B1对转换的信 号进行分析和运算，判定频率和带宽是否满足预设值要求，不满足预设值则微 调匹配电容和工作电压使之满足要求并关闭信号源信号，开关切换到与输入端 导通，调制信号通过放大器放大后在耦合器A7的耦合端输出，输出的信号经过检测电路进行信号转换，转换的数字信号再输出到数字处理单元B1进行运 算，并计算信号的输出功率，线性度和效率参数，与预设值进行对比分析，满 足预设值要求则保持当前的参数值，不满足预设值要求则微调匹配组合参数对 放大器匹配电路进行优化，最终使放大器频率和带宽及指标满足预设值要求；
所述各级放大器包括前级放大器电路A2、驱动放大器电路A4和末级放 大器电路A6；所述级间匹配电路A3和所述级间匹配电路A5用于连接两个放大 器电路；
所述的数字处理单元B1包括对内和对外通信接口，其中对内通信接口用 于和本功放内的其它模块之间的数据交互或输出控制指令/信号，对外通信接 口的功能包括，定期上传本功放线性指标随时间变化的曲线，定期上传本功放 频率和带宽及指标的相关参数，定期上传本装置运行状态数据到外部设备或者 云端服务器，同时还可以通过对外接口从云端服务器下载云端大数据运算后获 得的功放频率和带宽及线性指标随时间变化的曲线经验值。
另一方面，本申请实施例提供一种调整功率放大器的频率和带宽的方法， 其中所述方法包括：
SF1，数字处理单元B1初始化配置，并通过通信接口输入频率、带宽及指 标变化的信息，数字处理单元B1进行运算，转换成频率的预设值，所述的预 设值是随时间变化的曲线；
SF2，设置频率和带宽调整标识，及最大调整次数值；；
SF3，调取并输出电平调整与频率和带宽及指标相对应的各级放大器输入、 输出及级间匹配的组合匹配参数、放大器电压参数、温度参数的组合参数；
SF4，数字处理单元B1开启放大器电源，并控制开关切换到信号源电路B2 与放大器连接；
SF5，配置信号源电路B2参数并产生一定频率间隔的频率扫描信号，N次 采样通过功率放大器放大后的信号，同步检测信号对应频率的功率，扫描完成 后配置信号源电路B2产生一定功率间隔的功率扫描信号，同步N次采样通过 功率放大器放大后的信号，检测信号对应的功率值；
SF6，数字处理单元B1计算对应频率的增益和增益波动，饱和功率参数；
SF7，计算的数据与预设值进行对比，判断是否满足要求；
SF8，判断满足要求则结束本次调整，并关断信号源电路B2，开关切换到 输入端；
SF9，判断不满足要求则按已有规律和方法调整放大器中可调高Q电容的 容值大小和位置直到满足要求并返回SF4，如果调整次数超过所述最大调整次 数值，则结束本次调整。
有益效果如下：
本申请的方案，通过调整可调高Q电容的可调端子，使可调高Q电容的容 值按一定规律改变，使放大器输入、输出匹配及级间的匹配电容大小和位置按 一定组合变化，从而得到应用中需要的频率和带宽的指标。方案可以将频率最 大可调整范围可达到相对频率范围的20％以上，工作相对带宽可调整范围达到 实际应用信号带宽的1-5倍，从而使功率放大器的频段可调，带宽也可调。
附图说明
下面将参照附图描述本申请的具体实施例，其中：
图1示出了本申请实施例中频率和带宽可调的功率放大器的结构示意图；
图2示出了本申请实施例中单个放大器结构图；
图3示出了本申请实施例中Doherty类放大器结构示意图；
图4示出了本申请实施例中放大器电路与通信接口的连接示意图；
图5示出了本申请实施例中数字处理单元的结构示意图；
图6示出了本申请实施例中开关电路的第一示意图；
图7示出了本申请实施例中开关电路的第二示意图；
图8示出了本申请实施例中信号源电路的结构示意图；
图9示出了本申请实施例中检测电路的结构示意图；
图10示出了本申请实施例中调整功率放大器的频率和带宽方法的另一流 程图。
具体实施方式
为了使本申请的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请 的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的 一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本说明中 的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
实施例一
下面结合图1，具体说明本申请频率和带宽自适应可调的功率放大器的结 构示意图；
功率放大器包括：前级放大器电路A2、级间匹配电路A3、驱动放大器电 路A4、级间匹配电路A5、末级放大器电路A6、耦合器A7和数字处理单元B1、， 电压和电流检测B4；
放大器的频率和带宽与放大器的输入匹配、输出匹配、供电电压以及级 间匹配相关，其中，放大器的输入匹配和输出匹配与放大器的型号、放大器的 工作状态、放大器的电路结构平衡类或Doherty类、印制板材料，微带尺寸， 匹配电容大小和位置，散热尺寸有关；
根据放大器型号、放大器的工作状态、放大器的电路结构平衡类或 Doherty类、印制板材料，微带尺寸，散热结构尺寸，匹配电容大小和位置， 即可通过设计和仿真或者实验调试或者两种配合确定对应频率和带宽下放大 器输入和输出及级间匹配，在放大器输入、输出匹配电路和级间匹配电路中设 计一种具有容值可调的可调高Q电容，可以控制可调高Q电容的容值大小及位 置，并配合放大器的工作电压，从而改变放大器的输入、输出阻抗特性和级间 匹配特性，从而得到放大器不同的频率和带宽特性，同时也满足功率放大器指标预设值，并将此输入匹配，输出匹配及级间匹配与功率放大器频率和带宽及 指标参数一一对应形成组合参数；
在信号频率和带宽的变化信息和对应指标要求通过通信接口输入所述 数字处理单元B1后，所述数字处理单元B1切断各级放大器电源,并根据放大 器对应的存储在数字处理单元B1中的各个频率和带宽及预设指标所需要的放 大器输入匹配、输出匹配和级间匹配电容大小和位置各个组合参数，调取存储 的与此频率和带宽相对应的匹配组合参数；
数字处理单元B1通过电平控制可调高Q电容大小和位置，开启并控制 各级放大器栅极和漏极电源，并控制信号源电路B2产生扫描信号，经过放大 器放大后在耦合器A7的耦合端输出，输出的信号经过检测电路B3进行信号转 换，转换的数字信号再输出到数字处理单元B1，数字处理单元B1对转换的信 号进行分析和运算，判定频率和带宽是否满足预设值要求，不满足预设值则微 调匹配电容和工作电压使之满足要求并关闭信号源信号，开关切换到与输入端 导通，调制信号通过放大器放大后在耦合器A7的耦合端输出，输出的信号经过检测电路进行信号转换，转换的数字信号再输出到数字处理单元B1进行运 算，并计算信号的输出功率，线性度和效率参数，与预设值进行对比分析，满 足预设值要求则保持当前的参数值，不满足预设值要求则微调匹配组合参数对 放大器匹配电路进行优化，最终使放大器频率和带宽及指标满足预设值要求；
所述各级放大器包括前级放大器电路A2、驱动放大器电路A4和末级放 大器电路A6；所述级间匹配电路A3和所述级间匹配电路A5用于连接两个放大 器电路；
所述的数字处理单元B1包括对内和对外通信接口，其中对内通信接口用 于和本功放内的其它模块之间的数据交互或输出控制指令/信号，对外通信接 口的功能包括，定期上传本功放线性指标随时间变化的曲线，定期上传本功放 频率和带宽及指标的相关参数，定期上传本装置运行状态数据到外部设备或者 云端服务器，同时还可以通过对外接口从云端服务器下载云端大数据运算后获 得的功放频率和带宽及线性指标随时间变化的曲线经验值。
本申请实施例中，根据放大器型号、放大器的工作状态、放大器的电路结 构平衡类或Doherty类、印制板材料，微带尺寸，散热结构尺寸，匹配电容大 小和位置，即可通过设计和仿真或者实验调试或者两种配合确定对应频率和带 宽下放大器输入和输出及级间匹配，特别的，在放大器输入、输出匹配电路和 级间匹配电路中设计一种具有容值可调的可调高Q电容，可以控制可调高Q电 容的容值大小及位置，并配合放大器的工作电压进行调整，所述各级放大器电 路分别包括输入匹配电路和输出匹配电路；所述输入匹配电路和所述输出匹配 电路的微带线的不同位置分别设计有多个不同参数的可调高Q电容，所述的可调高Q电容通过调整其电平调整其容值大小；且多个可调高Q电容并联时，微 调电容的位置，从而对输入匹配电路和输出匹配电路的阻抗进行调整，从而得 到放大器不同的频率和带宽特性，同时也满足功率放大器指标预设值，并将此 输入匹配，输出匹配及级间匹配与功率放大器频率和带宽及指标参数一一对应 形成组合参数，
存储在数字处理单元B1中，由数字处理单元B1进行对应的数据配置，相 应的，还可以根据组合参数并通过学习方法将实际调试过程中本权利要求中提 到的放大器影响因素、与频率和带宽及指标要求相结合，形成的参数组合建立 模型，存储不限于在内部或外部或云端服务器，通过端对端或远程方式下载应 用；
所述的放大器的工作状态包含但不限于：A类、B类、C类、E类、F类； 所述的放大器的电路结构包含但不限于：2路合路或多路合路，合路的方式可 以是平衡类、Doherty类或其他任意组合；所述的放大器会随时间其性能产生 变化，通过实验获取其性能随时间的变化曲线；
其中，所述级间匹配电路分别与前一级的输出匹配电路和后一级的输入匹 配电路连接，用于实现级间阻抗匹配和提高级联放大器电路的稳定性，其包含 但不限于：隔离器、π型衰减、集总参数元件或组合；所述的集总参数元件还 可以包含1个或多个可调高Q电容，通过数字处理单元B1控制可调高Q电容 的容值大小、位置使前后级放大器阻抗匹配。
实际应用中，功率放大器还包括：开关电路A1、信号源电路B2和检测电 路B3；
在信号频率和带宽的变化信息通过通信接口输入所述数字处理单元B1后， 所述数字处理单元B1控制所述开关电路A1切换到信号源电路B2；所述数字处 理单元B1控制信号源电路B2产生扫描信号，信号源电路B2产生的扫描信号 经过各级放大器放大后，在放大器输出端经过耦合器A7的耦合端输出到检测 电路B3，检测电路B3同步将输入的射频扫描信号进行信号转换，转换的数字 信号输出给数字处理单元B1；
所述的调制信号还可以通过数字处理单元B1控制所述开关电路A1切换到 输入端后，经过各级放大器放大后，在放大器输出端经过耦合器A7的耦合端 输出到检测电路B3，检测电路B3将输入的主功率信号和邻道功率信号转换成 数字信号并输出给数字处理单元B1进行运算，并判定放大器指标是否满足预 设值。
所述的开关电路A1、信号源电路B2、检测电路B3还可以根据需要在产品 应用中选择去掉，同时在产品生产时，采用外部信号源和检测电路方式对产品 测试后进行调整，调整合格后存储对应的组合参数。
数字处理单元B1的端口包含输入端口和内部I/O口，所述的输入端口 与外部设备连接，进行数据通信与程序下载；
所述的内部I/0口与分别与放大器内部电路连接，对放大器的工作状态 进行调整，并根据检测电路B2转换后输出的数字信号的分析和运算结果，结 合外部端口输入的频率和带宽及指标要求对放大器的工作电压和可调高Q电 容进行调整，对开关状态进行控制，也对信号源电路B2进行控制，使所述的 功率放大器的频率、带宽及放大器指标满足预设值要求；
所述的数字处理单元B1内部电路包含但不限于：可编程逻辑处理器， 中央处理器，数字信号处理器以及存储器。
实际应用中，所述的功率放大器安装在无线通信设备内时，还可以通过 无线收发设备控制功放的频率和带宽及指标参数，以满足设备应用场景；同时 根据无线通信设备功能结构，当无线通信设备包含与所述权利要求4和5相同 功能的电路模块时，则放大器中的该功能电路去掉；相应的，权利要求6和7 对应的软件集成在无线通信设备的CPU单元中。
本申请中，开关电路A1、信号源电路B2、检测电路B3可以作为优选方 案，根据需要在产品应用中选择去掉，在产品生产时，采用外部信号源和检测 电路方式对产品测试后进行调整，调整合格后存储对应的参数。
作为一种实施方式，本申请的数字处理单元B1还包括输入匹配电路和输 出匹配电路，数字处理单元B1根据实际应用进行程序调用；
输入匹配电路和输出匹配电路中包含有m个可调高Q电容，所述可调高Q 电容并联放置在匹配电路中，所述m为大于1的整数；
放大器的各级输入、输出不同匹配电路中，根据仿真和调试确定放大器的 工作参数，根据所述工作参数确定所述可调高Q电容的位置，所述工作参数具 体包括输入阻抗特性、输出阻抗特性、频率、带宽及增益、输出功率、线性和 电容大小；
数字处理单元B1中预设有上述工作参数，配置频率和带宽信息。
具体的，匹配电路结构为微带与可调电容相结合的形式，同一个频率和带 宽及指标参数范围下，对应的匹配电容大小和位置的多种组合，可以预设在数 字处理单元B1中，形成调试数据库，并根据需要进行任意调取；
匹配电路的结构根据不同厂家、同一材料制成的管子，其对应的匹配电容 大小和位置对应不同；
匹配电路的结构根据不同材料制成的管子如LDMOS，GaN，其对应的匹配电 容大小和位置对应不同；
匹配电路的结构根据同一放大管安装在不同的印制板材料上，其对应的匹 配电容大小和位置对应不同；
匹配电路的结构根据同一放大管电路在不同的输出功率、供电电压，其对 应的匹配电容大小和位置对应不同。
实际应用中，前级放大器电路A2、驱动放大器电路A4、末级放大器电路 A6包括但不限于A类放大器，B类放大器，AB类放大器，C类放大器，D类 放大器，E类放大器；所述的放大结构可以是由1个或多个放大器串联连接而 成，或并联组成平衡类放大器，Doherty类放大器或任意组合中的一种，如图2、 3、4所示。
其中，如图5所示，数字处理单元B1的端口包含输入端口和内部I/O口， 输入端口与外部设备连接，所述内部I/0口与分别与开关电路A1、前级放大器 电路A2、驱动放大电路A4、末级放大电路A6信号源电路B2、检测电路B3连 接；
数字处理单元B1中的FPGA单元电路实现数字滤波器，数字滤波器的带宽 由所述数字处理单元C1计算频率信息后确定；
数字处理单元C1根据经过数字滤波器后的数据对检测的波形进行分析处 理，计算出信号的线性和输出功率。
具体的，数字处理单元B1包含但不限于FPGA、单片机，CPLD，DAC，存储 器、温度传感器，且各个功能器件满足频率和带宽的要求。
其中，如图6和图7所述的开关电路A1，开关电路A1的一个输入端与信 号源电路B2连接，另一输入端与输入信号连接；所述开关电路A1的输出端与 前级放大器电路A2的输入端连接，通过数字处理单元B1控制选择在输入信号 端或信号源电路B2输出端直接切换，以选择输入的信号及连接状态。
具体的，开关电路A1是具有高隔离度的射频功率开关，包含但不限于集 成器件、PIN管电路等。
其中，如图8所示，信号源电路B2的输入端与数字处理单元B1连接，输 出端与开关电路A1的一个输入端连接；
信号源电路B2根据数字处理单元指令，产生频率和输出功率可调的单音 脉冲信号，同时将产生频率和输出功率信息返回数字处理单元B1。
具体的，信号源电路B2包含但不限于：本振、时针参考、可调增益放大 器。
其中，检测电路B3的输入端与耦合器A7的耦合输出端连接，输出端与数 字处理单元B1连接；所述耦合器A7耦合的放大器输出端的信号耦合到检测电 路B3进行转换，转换的信号再输出到数字处理单元B1进行运算和分析。
具体的，如图9所示，检测电路B3包含单不限于：衰减器、本振、混频 器、中频滤波器、数字可调增益放大器、AD转换器，且所述的各个功能器件满 足频率和带宽的要求；
所述的耦合器A7的耦合方式包括但不限于微带、带状线、电容、集成器 件、探针等方式及其组合。
作为另一种实施方式，本申请提供的末级放大器电路A6由载波放大器和 峰值放大器并联组成。
另外，对于频率和带宽可调的功率放大器，若安装在无线通信设备内时， 还可以通过无线收发设备控制功放的频率和带宽，以满足设备应用场景；同时 根据无线通信设备功能结构，当无线通信设备包含与所述的可调的功率放大器 中信号源电路B2、检测电路B3、数字处理单元B1中的任意一种或多种相同 功能的电路模块时，可以根据应用需要共用以上电路模块；所述的数字处理单 元B1由无线通信设备控制时，其所需的软件打包进无线通信设备的控制软件 中。
根据实践，采用本申请的放大器装置频率最大可调整范围可达到相对频率 范围的20％以上，工作相对带宽可调整范围达到实际应用信号带宽的1-5倍； 从而使功率放大器的频段可调，带宽也可调。
本申请的方案，通过调整可调高Q电容的可调端子，使可调高Q电容的 容值按一定规律改变，使放大器输入输出匹配及级间的匹配电容大小和位置按 一定组合变化，从而得到应用中需要的频率和带宽的指标。
实施例二
如图10所示，本申请实施例提供一种调整功率放大器的频率和带宽方法， 所述方法包括：
SF1，数字处理单元B1初始化配置，并通过通信接口输入频率、带宽及指 标变化的信息，数字处理单元B1进行运算，转换成频率的预设值，所述的预 设值是随时间变化的曲线；
SF2，设置频率和带宽调整标识，及最大调整次数值；
SF3，调取并输出电平调整与频率和带宽及指标相对应的各级放大器输入、 输出及级间匹配的组合匹配参数、放大器电压参数、温度参数的组合参数；
SF4，数字处理单元B1开启放大器电源，并控制开关切换到信号源电路B2 与放大器连接；
SF5，配置信号源电路B2参数并产生一定频率间隔的频率扫描信号，N次 采样通过功率放大器放大后的信号，同步检测信号对应频率的功率，扫描完成 后配置信号源电路B2产生一定功率间隔的功率扫描信号，同步N次采样通过 功率放大器放大后的信号，检测信号对应的功率值；
SF6，数字处理单元B1计算对应频率的增益和增益波动，饱和功率参数；
SF7，计算的数据与预设值进行对比，判断是否满足要求；
SF8，判断满足要求则结束本次调整，并关断信号源电路B2，开关切换到 输入端；
SF9，判断不满足要求则按已有规律和方法调整放大器中可调高Q电容的 容值大小和位置直到满足要求并返回SF4，如果调整次数超过所述最大调整次 数值，则结束本次调整。
进一步的，所述方法还包括功率放大器对放大器的线性指标进行检测和优 化，如图10所示，所述的线性检测和优化的方法为：
SL1，设置线性指标检测和优化标识，及最大调整次数值；
SL2，设置开关电路A1切换到输入端，输入工作信号，并设置数字处理单 元B1电路中的数字滤波器带宽；
SL3，对放大器输出的经耦合器A7耦合的信号，检测电路B3转换成数字 信号输出给数字处理单元B1；
SL4，电压和电流检测B4对功放的电压和电流进行N次采样并上报给数字 处理单元B1；
SL5，数字处理单元B1对检测电路B3输出的数字信号进行运算，计算主 信号的功率，邻道信号的功率，并结合SL4的数据计算线性指标和效率；
SL6，计算的数据与预设值进行对比，判断是否满足要求；
SL7，判断满足要求则保持当前参数值并结束本次调整；
SL8，判断不满足要求则按已有规律和方法调整放大器中可调高Q电容的 容值大小和放大器的栅极、漏极电压大小并返回SL2，如果调整次数超过所述 最大调整次数值，则结束本次调整。
作为另一种实施方式，本申请提供的末级放大器电路A6由载波放大器和 峰值放大器并联组成时，具体的实现过程如下：
信号频率、带宽的变化信息通过通信接口输入数字处理单元B1后，数字 处理单元B1切断各级放大器电源和断开开关电路A1,并根据放大器对应的存 储在数字处理单元B1中的各种频率和带宽所需要的匹配电容大小和位置的各 个组合，调取存储的对应此频率和带宽的预设值，调整匹配电容大小和位置使 匹配组合相应发生变化，从而得到放大器频率和带宽和相应指标得到相应的调 整；
频率、带宽和相应指标调整后，数字处理单元B1先固定调整参数电平， 控制开启各级放大器栅极和漏极电源，并控制信号源B2产生扫描信号，信号 源B2产生的扫描信号经过各级放大器放大后，在放大器输出端经过耦合器A7 的耦合端输出到检测电路B3，检测电路B3将输入的射频扫描信号转换成数字 信号并输出给数字处理单元B1，数字处理单元B1根据频率对应的数字信号进 行运算，确定是否启动优化调试程序，根据经验和规律对各级放大器的匹配电 容大小和位置组合进行微调，以满足放大器信号频率、带宽的变化信息通过通 信接口输入数字处理单元B1后，数字处理单元B1切断各级放大器电源和断开 开关电路A1,并根据放大器对应的存储在数字处理单元B1中的各种频率和带 宽所需要的匹配电容大小和位置的各个组合，调取存储的对应此频率和带宽的 预设值，调整匹配电容大小和位置使匹配组合相应发生变化，从而得到放大器 频率和带宽和相应指标得到相应的调整；
频率、带宽和相应指标调整后，数字处理单元B1先固定调整参数电平， 控制开启各级放大器栅极和漏极电源，并控制信号源B2产生扫描信号，信号 源B2产生的扫描信号经过各级放大器放大后，在放大器输出端经过耦合器A7 的耦合端输出到检测电路B3，检测电路B3将输入的射频扫描信号转换成数字 信号并输出给数字处理单元B1，数字处理单元B1根据频率对应的数字信号进 行运算，确定是否启动优化调试程序，根据经验和规律对各级放大器的匹配电 容大小和位置组合进行微调，以满足放大器对应频率和带宽的匹配要求，调整 完成后，再启动线性ACPR值指标调整程序。
线性指标调整程序的方法为：数字处理单元B1控制信号源电路B2关闭， 使开关电路A1切换到放大器输入端，此时输入端调制信号经过放大器放大后， 在放大器输出端经过耦合器A7的耦合端输出到检测电路B3，检测电路B3将输 入的调制信号经过中频处理、数字滤波和模数转换后转换成数字信号并输出给 数字处理单元B1，数字处理单元B1对输入的数字信号进行傅里叶分析和运算， 并与放大器在此频率和带宽下需要的指标模板进行对比，确定是否启动线性优 化调试程序，根据经验和规律对各级放大器的匹配电容大小和位置组合进行微 调，使放大器达到要求指标的匹配要求；
对应频率和带宽的匹配要求，调整完成后，再启动线性指标调整程序。
本申请方案，通过调整可调高Q电容的可调端子，使可调高Q电容的容 值按一定规律改变，使放大器输入输出匹配及级间的匹配电容大小和位置按一 定组合变化，从而得到应用中需要的频率和带宽的指标。方案可以将频率最大 可调整范围可达到相对频率范围的20％以上，工作相对带宽可调整范围达到实 际应用信号带宽的1-5倍，从而使功率放大器的频段可调，带宽也可调。
为了描述的方便，以上装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描 述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或 硬件中实现。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了 基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利 要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
Claims (8)
1.一种频率和带宽自适应可调的功率放大器，其中，所述功率放大器包括：前级放大器电路A2、级间匹配电路A3、驱动放大器电路A4、级间匹配电路A5、末级放大器电路A6、耦合器A7和数字处理单元B1和电压和电流检测B4；
放大器的频率和带宽与放大器的输入匹配、输出匹配、供电电压以及级间匹配相关，其中，放大器的输入匹配和输出匹配与放大器的型号、放大器的工作状态、放大器的电路结构平衡类或Doherty类、印制板材料，微带尺寸，匹配电容大小和位置，散热尺寸有关；
根据放大器型号、放大器的工作状态、放大器的电路结构平衡类或Doherty类、印制板材料，微带尺寸，散热结构尺寸，匹配电容大小和位置，即可通过设计和仿真或者实验调试或者两种配合确定对应频率和带宽下放大器输入和输出及级间匹配，在放大器输入、输出匹配电路和级间匹配电路中设计一种具有容值可调的可调高Q电容，控制可调高Q电容的容值大小及位置，并配合放大器的工作电压，从而改变放大器的输入、输出阻抗特性和级间匹配特性，从而得到放大器不同的频率和带宽特性，同时也满足功率放大器指标预设值，并将此输入匹配，输出匹配及级间匹配与功率放大器频率和带宽及指标参数一一对应形成组合参数；
在信号频率和带宽的变化信息和对应指标要求通过通信接口输入所述数字处理单元B1后，所述数字处理单元B1切断各级放大器电源,并根据放大器对应的存储在数字处理单元B1中的各个频率和带宽及预设指标所需要的放大器输入匹配、输出匹配和级间匹配电容大小和位置各个组合参数，调取存储的与此频率和带宽相对应的匹配组合参数；
数字处理单元B1通过电平控制可调高Q电容大小和位置，开启并控制各级放大器栅极和漏极电源，并控制信号源电路B2产生扫描信号，经过放大器放大后在耦合器A7的耦合端输出，输出的信号经过检测电路B3进行信号转换，转换的数字信号再输出到数字处理单元B1，数字处理单元B1对转换的信号进行分析和运算，判定频率和带宽是否满足预设值要求，不满足预设值则微调匹配电容和工作电压使之满足要求并关闭信号源信号，开关切换到与输入端导通，调制信号通过放大器放大后在耦合器A7的耦合端输出，输出的信号经过检测电路进行信号转换，转换的数字信号再输出到数字处理单元B1进行运算，并计算信号的输出功率，线性度和效率参数，与预设值进行对比分析，满足预设值要求则保持当前的参数值，不满足预设值要求则微调匹配组合参数对放大器匹配电路进行优化，最终使放大器频率和带宽及指标满足预设值要求；所述各级放大器包括前级放大器电路A2、驱动放大器电路A4和末级放大器电路A6；所述级间匹配电路A3和所述级间匹配电路A5用于连接两个放大器电路；
所述的数字处理单元B1包括对内和对外通信接口，其中对内通信接口用于和本功放内的其它模块之间的数据交互或输出控制指令/信号，对外通信接口的功能包括，定期上传本功放线性指标随时间变化的曲线，定期上传本功放频率和带宽及指标的相关参数，定期上传本装置运行状态数据到外部设备或者云端服务器，同时还可以通过对外接口从云端服务器下载云端大数据运算后获得的功放频率和带宽及线性指标随时间变化的曲线经验值。
2.如权利要求1所述的一种频率和带宽自适应可调的功率放大器，其中，根据放大器型号、放大器的工作状态、放大器的电路结构平衡类或Doherty类、印制板材料，微带尺寸，散热结构尺寸，匹配电容大小和位置，即可通过设计和仿真或者实验调试或者两种配合确定对应频率和带宽下放大器输入和输出及级间匹配，特别的，在放大器输入、输出匹配电路和级间匹配电路中设计一种具有容值可调的可调高Q电容，可以控制可调高Q电容的容值大小及位置，并配合放大器的工作电压进行调整，所述各级放大器电路分别包括输入匹配电路和输出匹配电路；所述输入匹配电路和所述输出匹配电路的微带线的不同位置分别设计有多个不同参数的可调高Q电容，所述的可调高Q电容通过调整其电平调整其容值大小；且多个可调高Q电容并联时，微调电容的位置，从而对输入匹配电路和输出匹配电路的阻抗进行调整，从而得到放大器不同的频率和带宽特性，同时也满足功率放大器指标预设值，并将此输入匹配，输出匹配及级间匹配与功率放大器频率和带宽及指标参数一一对应形成组合参数，存储在数字处理单元B1中，由数字处理单元B1进行对应的数据配置，相应的，还可以根据组合参数并通过学习方法将实际调试过程中本权利要求中提到的放大器影响因素、与频率和带宽及指标要求相结合，形成的参数组合建立模型，存储不限于在内部或外部或云端服务器，通过端对端或远程方式下载应用；
所述的放大器的工作状态包含但不限于：A类、B类、C类、E类、F类；所述的放大器的电路结构包含但不限于：2路合路或多路合路，合路的方式可以是平衡类、Doherty类或其他任意组合；所述的放大器会随时间其性能产生变化，通过实验获取其性能随时间的变化曲线。
3.如权利要求1所述的一种频率和带宽自适应可调的功率放大器，其中，所述级间匹配电路分别与前一级的输出匹配电路和后一级的输入匹配电路连接，用于实现级间阻抗匹配和提高级联放大器电路的稳定性，其包含但不限于：隔离器、π型衰减、集总参数元件或组合；所述的集总参数元件还包含1个或多个可调高Q电容，通过数字处理单元B1控制可调高Q电容的容值大小、位置使前后级放大器阻抗匹配。
4.如权利要求1所述的一种频率和带宽自适应可调的功率放大器，其中，所述功率放大器还包括：开关电路A1、信号源电路B2和检测电路B3；
在信号频率和带宽的变化信息通过通信接口输入所述数字处理单元B1后，所述数字处理单元B1控制所述开关电路A1切换到信号源电路B2；所述数字处理单元B1控制信号源电路B2产生扫描信号，信号源电路B2产生的扫描信号经过各级放大器放大后，在放大器输出端经过耦合器A7的耦合端输出到检测电路B3，检测电路B3同步将输入的射频扫描信号进行信号转换，转换的数字信号输出给数字处理单元B1；
所述的调制信号还通过数字处理单元B1控制所述开关电路A1切换到输入端后，经过各级放大器放大后，在放大器输出端经过耦合器A7的耦合端输出到检测电路B3，检测电路B3将输入的主功率信号和邻道功率信号转换成数字信号并输出给数字处理单元B1进行运算，并判定放大器指标是否满足预设值；
所述的开关电路A1、信号源电路B2、检测电路B3还可以根据需要在产品应用中选择去掉，同时在产品生产时，采用外部信号源和检测电路方式对产品测试后进行调整，调整合格后存储对应的组合参数。
5.如权利要求1所述的一种频率和带宽自适应可调的功率放大器，其中，所述的数字处理单元B1的端口包含输入端口和内部I/O口，所述的输入端口与外部设备连接，进行数据通信与程序下载；
所述的内部I/0口与分别与放大器内部电路连接，对放大器的工作状态进行调整，并根据检测电路B2转换后输出的数字信号的分析和运算结果，结合外部端口输入的频率和带宽及指标要求对放大器的工作电压和可调高Q电容进行调整，对开关电路A1状态进行控制，也对信号源电路B2进行控制，使所述的功率放大器的频率、带宽及放大器指标满足预设值要求；
所述的数字处理单元B1内部电路包含但不限于：可编程逻辑处理器，中央处理器，数字信号处理器以及存储器。
6.如权利要求1所述的一种频率和带宽自适应可调的功率放大器，其中，所述的功率放大器安装在无线通信设备内时，还通过无线收发设备控制功放的频率和带宽及指标参数，以满足设备应用场景；同时根据无线通信设备功能结构，当无线通信设备包含与所述权利要求4和5相同功能的电路模块时，则放大器中的该功能电路去掉；相应的，权利要求6和7对应的软件集成在无线通信设备的CPU单元中。
7.一种调整功率放大器的频率和带宽的方法，其中所述方法包括：
SF1，数字处理单元B1初始化配置，并通过通信接口输入频率、带宽及指标变化的信息，数字处理单元B1进行运算，转换成频率的预设值，所述的预设值是随时间变化的曲线；
SF2，设置频率和带宽调整标识，最大调整次数值；SF3，调取并输出电平调整与频率和带宽及指标相对应的各级放大器输入、输出及级间匹配的组合匹配参数、放大器电压参数、温度参数的组合参数；
SF4，数字处理单元B1开启放大器电源，并控制开关切换到信号源电路B2与放大器连接；
SF5，配置信号源电路B2参数并产生一定频率间隔的频率扫描信号，N次采样通过功率放大器放大后的信号，同步检测信号对应频率的功率，扫描完成后配置信号源电路B2产生一定功率间隔的功率扫描信号，同步N次采样通过功率放大器放大后的信号，检测信号对应的功率值；
SF6，数字处理单元B1计算对应频率的增益和增益波动，饱和功率参数；
SF7，计算的数据与预设值进行对比，判断是否满足要求；
SF8，判断满足要求则结束本次调整，并关断信号源电路B2，开关切换到输入端；
SF9，判断不满足要求则按已有规律和方法调整放大器中可调高Q电容的容值大小和位置直到满足要求并返回SF4，如果调整次数超过所述最大调整次数值，则结束本次调整。
8.如权利要求7所述的调整功率放大器的频率和带宽的方法，其中，所述方法还包括功率放大器对放大器的线性指标进行检测和优化，所述的线性检测和优化的方法为：
SL1，设置线性指标检测和优化标识，及最大调整次数值；
SL2，设置开关电路A1切换到输入端，输入工作信号，并设置数字处理单元B1电路中的数字滤波器带宽；
SL3，对放大器输出的经耦合器A7耦合的信号，检测电路B3转换成数字信号输出给数字处理单元B1；
SL4，电压和电流检测B4对功放的电压和电流进行N次采样并上报给数字处理单元B1；
SL5，数字处理单元B1对检测电路B3输出的数字信号进行运算，计算主信号的功率，邻道信号的功率，并结合SL4的数据计算线性指标和效率；
SL6，计算的数据与预设值进行对比，判断是否满足要求；
SL7，判断满足要求则保持当前参数值并结束本次调整；
SL8，判断不满足要求则按已有规律和方法调整放大器中可调高Q电容的容值大小和放大器的栅极、漏极电压大小并返回SL2，如果调整次数超过所述最大调整次数值，则结束本次调整。。
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