CN113824404B - 基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路，至少包括开关单元和第一单元以及第二单元，其中，开关单元包括串联的第一开关管和第二开关管；第一单元和第二单元分别包括第一、第二线性单元，且开关单元被所述第一单元和第二单元共用。如此，相比传统电源，本发明能够显著缩小电源的体积；同时有助于提高多载波动态电流供应器的整体效率。

Description

基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路及方法
技术领域
本发明涉及动态电流供应电路技术领域，尤其涉及一种基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路及方法。
背景技术
传统的包络追踪(ET)电源就是将功放管(PA)输入信号的包络提取出来，采用一定的电路结构，通过动态地调整PA的电源电压来跟踪输入信号的包络，使得功放管的供电电压动态跟随输入信号的包络，完成对功率放大器漏极电压的调制，从而实现效率的提高。
其中，传统多载波、多单元的包络追踪电源，每个PA都采用独立的线性单元+Buck部分，由线性单元提供交流电压，由Buck部分提供直流电压；对于每个PA，Buck控制部分都有各自的采样回路。这样的解决方案导致电源的体积较大。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路及方法，使得体积显著减小，用于给多载波多通道的功率放大器(PA)供电。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的一种基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路，至少包括，
开关单元，其包括串联的第一开关管和第二开关管；
第一单元，其包括，
第一功放管，
第一线性单元，其输入第一包络信号以给所述第一功放管提供交流电压，其中，第一线性单元经由串联的第一耦合电容和第一电感连接用于给所述第一功放管提供直流电压的所述开关单元，第一功放管连接于所述第一耦合电容与第一电感之间；
第二单元，其包括，
第二功放管，
第二线性单元，其输入第二包络信号以给所述第二功放管提供交流电压，其中，第二线性单元经由串联的第二耦合电容和第二电感连接用于给所述第二功放管提供直流电压的所述开关单元，第二功放管连接于所述第二耦合电容与第二电感之间；
且开关单元被所述第一单元和第二单元共用。
所述的一种基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路中，第一电感和第二电感分别连接所述开关单元。
所述的一种基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路中，所述开关单元使得第一单元和第二单元输出电压均值相等。
所述的一种基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路中，基于第一线性单元确定第一单元的峰均比，基于第二线性单元确定第二单元的峰均比。
所述的一种基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路中，所述第一线性单元的交流电压相等于第二线性单元的交流电压。第一线性单元的交流电压与第二线性单元的交流电压是两路独立信号，可以相等也可以不相等。
所述的一种基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路中，所述开关单元提供给第一功放管的直流电压等于所述开关单元提供给第二功放管的直流电压。
此外，本发明还揭示了一种基于所述波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路的方法，包括如下步骤：
射频检波信号输入到波束成形单元；
波束成形单元将射频检波信号处理成规定指向的波束；
线性单元将规定指向的波束进行设定倍数的功率放大，产生交流电压；
开关单元根据线性单元输出的电压及负载上的输出电压产生一定占空比的方波；
滤波单元将所述方波处理成直流电压和直流电流；
叠加单元将线性单元产生的交流电流及开关单元产生的直流电流叠加形成动态电流，应用于负载。
在上述技术方案中，本发明提供的一种基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路及方法，具有以下有益效果：本发明中每个负载(PA)都采用独立的线性单元、滤波单元，但开关单元共用；传统的多载波射频功放动态电流供应电路，每个负载(PA)采用独立的线性单元+开关单元，且波束成形单元与PA输出端连接，处理大信号，波束成形单元的设计比较复杂，损耗较高；本发明每个负载(PA)的交流电压由线性单元根据各自输入的射频检波信号进行提供，直流电压由开关单元提供、经滤波单元处理得到，用于给负载(PA)供电，相比传统电源显著缩小了体积；同时波束成形单元与线性单元连接，处理小信号，波束成形单元的设计简单，损耗小，提高了多载波动态电流供应电路的整体效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路的结构示意图；
图2是本发明一个实施例的基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路的结构示意图；
图3是本发明一个实施例的基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路的结构示意图；
图4是本发明一个实施例的两个单元中平均功率相同的仿真图；
图5是本发明一个实施例的两个单元中平均功率不同的仿真图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图1至图5，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
如图1所示，一种基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路，包括，波束成形单元、开关单元、N个线性单元、N个叠加单元、N个滤波单元；其中，N大于等于2，
所述波束成形单元，用于输入射频检波信号，所述波束成形单元一端分别连接N个线性单元；
所述N个线性单元依次对应连接N个叠加单元与N个滤波单元，所述N个滤波单元一端并联连接开关单元；所述N个叠加单元与N个滤波单元之间分别对应连接有负载；
其中，所述波束成形单元，用于将射频检波信号处理成规定指向的波束，以便定向信号的传输；
所述线性单元，用于对规定指向的波束进行设定倍数的功率放大，以给所述负载提供交流电压；此外，所述线性单元还具有滤除噪声的功能，所述线性单元兼具放大信号及噪声滤除。
所述叠加单元，用于将线性单元产生的交流电流及开关单元产生的直流电流叠加形成动态电流，应用于负载；
所述开关单元，用于根据线性单元后的电压和负载上的输出电压产生一定占空比的方波；
所述滤波单元，用于将方波滤波处理成直流电压和直流电流。
对于上述实施例，能够发现，其体现了本发明的核心关键构思：所述开关单元被N个线性单元和N个滤波单元共用。其中，波束成形单元通过相移的方式实现其功能。
在另一个实施例中，本发明还揭示了一种基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路的方法，包括如下步骤：
射频检波信号输入到波束成形单元；
波束成形单元将射频检波信号处理成规定指向的波束；
线性单元将规定指向的波束进行设定倍数的功率放大，产生交流电压；
开关单元根据线性单元输出的电压及负载上的输出电压产生一定占空比的方波；
滤波单元将所述方波处理成直流电压和直流电流；
叠加单元将线性单元产生的交流电流及开关单元产生的直流电流叠加形成动态电流，应用于负载。
在典型应用中，负载可以为功率放大器PA，如图2所示；
多载波射频功放动态电流供应电路可以是包络追踪电源。结合图1、图2，对于多载波的多个单元，第一单元和第二单元中，波束成形单元、线性单元、叠加单元、负载、滤波单元一一对应，但是第一单元、第二单元甚至按照本发明构思可以进一步设计的第三单元、第四单元等这些类似结构的单元均共用一个开关单元。
在一个实施例中，以2个单元、两种载波为例，如图3所示多载波射频功放动态电流供应电路，包括，
开关单元，包括串联的第一开关管M1、第二开关管M2与开关控制部分；
第一单元，其包括，
第一功放管PA1，
第一线性单元1，其输入第一包络信号以给所述第一功放管PA1提供交流电压，其中，第一线性单元1经由串联的第一耦合电容C1和第一电感L1连接用于给所述第一功放管PA1提供直流电压的第一开关管M1与第二开关管M2，第一功放管PA1连接于所述第一耦合电容C1与第一电感L1之间；
第二单元，其包括，
第二功放管PA2，
第二线性单元2，其输入第二包络信号以给所述第二功放管PA2提供交流电压，其中，第二线性单元2经由串联的第二耦合电容C2和第二电感L2连接用于给所述第二功放管PA2提供直流电压的所述第一开关管M1与第二开关管M2，第二功放管PA2连接于所述第二耦合电容C2与第二电感L2之间。能够理解，上述实施例同样体现了开关单元共用的特点。
结合前文所述的实施例，能够发现，第一电感、第二电感作为滤波单元，第一耦合电容和第二耦合电容作为叠加单元。
所述的多载波射频功放动态电流供应电路的优选实施例中，第一电感L1和第二电感L2分别连接所述开关单元。
所述的多载波射频功放动态电流供应电路的优选实施例中，所述开关单元使得第一单元和第二单元输出电压均值相等。
所述的多载波射频功放动态电流供应电路的优选实施例中，基于第一线性单元1确定第一单元的峰均比，基于第二线性单元2确定第二单元的峰均比。
所述的一种多载波射频功放动态电流供应电路的优选实施例中，所述第一线性单元1的交流电压相等于第二线性单元2的交流电压。第一线性单元的交流电压与第二线性单元的交流电压是两路独立信号，可以相等也可以不相等。
所述的一种多载波射频功放动态电流供应电路的优选实施例中，所述开关单元提供给第一功放管PA1的直流电压等于所述开关单元提供给第二功放管PA2的直流电压。
在一个实施例中，PA1采用独立的第一线性单元1、独立的第一电感L1；PA2采用独立的第二线性单元2、独立的第二电感L2；开关单元为多通道共用。
在一个实施例中，PA1的交流电压由其对应的第一线性单元根据输入的第一包络信号(载波)提供，直流电压由开关单元提供；PA2的交流电压由其对应的第二线性单元根据输入的第二包络信号(载波)提供，直流电压由开关单元提供，第一单元和第二单元采用各自的电感(L1、L2)和耦合电容(C1、C2)进行隔离，互不干扰，使第一单元和第二单元包络追踪电源相互独立；电感(L1、L2)的另一端与开关管(M1、M2)相接；
在一个实施例中，由于所有多载波射频功放动态电流供应电路的均值一样，所以只需采样一个单元的信号输出形成闭环反馈，控制开关管(M1、M2)的开通与关断，使第一单元和第二单元输出电压的均值相等；第一单元的PAR(峰均比)由其第一线性单元决定；：第二单元的PAR(峰均比)由其第二线性单元2决定，至此，电路实现了各单元均值一样，峰值不一样的目的。
图4与图5中横坐标表示时间(ms)，纵坐标中Iload1、Iload2表示负载1和负载2上的动态输出电流，IL1、IL2分别表示第一单元和第二单元上的电感电流(即DC电流)，
图4表示本发明在两个单元给PA提供平均功率相同的仿真图，当两个单元相移不同(两个单元的信号之间延迟50ns)、两个单元给PA提供平均功率相同时，能够使两个射频功放的动态电流供应电路的正常工作，
图5表示本发明在两个单元给PA提供平均功率不同的仿真图，当两个单元相移不同(两个单元的信号之间延迟50ns)、两个单元给PA提供平均功率不同时，也能够使两个射频功放的动态电流供应电路的正常工作。
在上述技术方案中，本发明中每个负载(PA)都采用独立的线性单元、滤波单元，但开关单元共用；传统的多载波射频功放动态电流供应电路，每个负载(PA)采用独立的线性单元+开关单元，且波束成形单元与PA输出端连接，处理大信号，波束成形单元的设计比较复杂，损耗较高；本发明每个负载(PA)的交流电压由线性单元根据各自输入的射频检波信号进行提供，直流电压由开关单元提供经滤波单元处理得到，用于给负载(PA)供电，显著缩小了电源的体积；同时波束成形单元与线性单元连接，处理小信号，波束成形单元的设计简单，损耗小，提高了多载波动态电流供应电路的整体效率。
最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (5)

1.一种基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路，其特征在于，其至少包括，
开关单元，其包括串联的第一开关管和第二开关管；
第一单元，其包括，
第一功放管，
第一线性单元，其输入第一包络信号以给所述第一功放管提供交流电压，其中，第一线性单元经由串联的第一耦合电容和第一电感连接用于给所述第一功放管提供直流电压的所述开关单元，第一功放管连接于所述第一耦合电容与第一电感之间；
第二单元，其包括，
第二功放管，
第二线性单元，其输入第二包络信号以给所述第二功放管提供交流电压，其中，第二线性单元经由串联的第二耦合电容和第二电感连接用于给所述第二功放管提供直流电压的所述开关单元，第二功放管连接于所述第二耦合电容与第二电感之间；
且所述开关单元被所述第一单元和第二单元共用,基于第一线性单元确定第一单元的峰均比，基于第二线性单元确定第二单元的峰均比,所述多载波射频功放动态电流供应电路还包括波束成形单元,波束成形单元通过相移的方式实现其功能，所述波束成形单元分别与第一单元、第二单元中的第一线性单元、第二线性单元连接，所述开关单元使得第一单元和第二单元输出电压均值相等，当两个第一和第二单元相移不同、第一和第二单元给负载提供平均功率相同时，能够使两个射频功放的动态电流供应电路的正常工作。
2.根据权利要求1所述的一种基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路，其特征在于，第一电感和第二电感分别连接所述开关单元。
3.根据权利要求1所述的一种基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路，其特征在于，所述第一线性单元的交流电压相等于第二线性单元的交流电压。
4.根据权利要求1所述的一种基于波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路，其特征在于，所述开关单元提供给第一功放管的直流电压等于所述开关单元提供给第二功放管的直流电压。
5.一种基于权利要求1-4任一项所述的波束成形的多载波射频功放动态电流供应电路的方法，包括如下步骤：
射频检波信号输入到波束成形单元；
波束成形单元将射频检波信号处理成规定指向的波束；
线性单元将规定指向的波束进行设定倍数的功率放大，产生交流电压；
开关单元根据线性单元输出的电压及负载上的输出电压产生一定占空比的方波；
滤波单元将所述方波处理成直流电压和直流电流；
叠加单元将线性单元产生的交流电流及开关单元产生的直流电流叠加形成动态电流，应用于负载。
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