CN201178414Y - 一种利用软件补偿方法改进的射频模块 - Google Patents

Abstract

一种利用软件补偿方法改进的射频模块，包括一射频屏蔽壳、功率放大电路、第一定向耦合器、监控口，还包括射频数控衰减器、射频输出功率检测电路、模块监控电路以及小功率放大电路。本实用新型以模块监控电路中CPU之上运行的软件和射频输出功率检测电路、模块监控电路、小功率放大电路等硬件结合的方式代替原来传统的硬件方式，通过预设的补偿表格或公式/算法所得的数据对射频模块进行智能化补偿，可以准确且容易地调节器件的各种特性指标，以提高射频模块产品性能，进一步满足射频模块工作的稳定性；同时由于此射频模块由于采用了上述结构，依此结构的监控方式可以采用电脑等工具自动调试和测试，提高了生产的效率。

Description

一种利用软件补偿方法改进的射频模块

【技术领域】

本实用新型涉及通信领域中射频模块性能的优化，尤其涉及一种利用软件补偿方法后改进的射频模块。

【背景技术】

射频模块作为基站、直放站等通信系统的重要组成部分，其稳定性直接影响到整个通信系统的稳定性，随着通信行业的迅速发展，对它的要求也越来越高。尤其在3G时代，为了追求更高的数据速率和频谱效率，普遍采用线性调制方式(例如QPSK、16QAM等方式)，这些调制方式需要线性度可靠性更高的射频模块。现有的射频模块由于各种原因存在增益稳定性不好，线性度也会随温度的变化而变化等缺陷。

图1为现有射频模块的结构示意图。如图所示，射频模块包括信号输入端11、功率放大电路12、硬件补偿电路13、监控信号线14、信号输出端15、监控口16、监控信号线17以及射频屏蔽壳19。

上述现有的射频模块存在以下缺陷：

1、射频模块是按照一定额度的增益和输出功率设计，当功率放大器的性能下降时就会出现射频模块的增益下降和输出功率不足的现象。这种现象是现有通信设备中常见问题之一，这种问题导致射频模块的性能指标下降而无法恢复，严重的甚至可导致整个通信设备不能正常运行。

2、射频模块的硬件补偿电路13中采用的是硬件补偿，也就是采用电子元器件本身的温度特性来补偿。硬件补偿主要是调整功率放大器的栅极电压。补偿的内容包括射频模块的增益和线性度，在实际操作过程中，由于每个功率放大器的温度特性会存在不一致，且每个电子元器件本身的温度特性也会存在差异，因此所补偿的增益和线性度的准确度和可靠性较低，同时，由于增益和线性度都是通过调整功率放大器的栅极电压来实现，在不能同时兼顾情况下，增益补偿和线性度补偿在一定程度上不能满足射频模块的需要。比如说，硬件补偿电路13中的增益和线性度补偿电路采用的是硬件补偿，当硬件补偿采用的电子元器件的温度特性不能和功率放大器需要补偿的特性完全吻合的时候，便会在不同温度的时候出现增益和线性度补偿偏差的现象。

3、射频模块中的功率放大电路的检测信号和控制信号需要电路补偿的部分通常也是采用硬件补偿方法。例如射频模块中链路的下行输出功率的大小检测采用的是常用的射频检波器件，当这个射频检波器件的检波曲线跟检波补偿器件的补偿曲线不一致的时候就会出现下行输出功率不准确的现象。在实际操作过程中，射频检波器件的检波曲线经常和检波补偿器件的补偿曲线不一致，致使现有的射频模块检测功率的精度不是很高，一般误差在±2dB，当补偿曲线和检波曲线严重不一致的时候，检测出来的误差甚至高达±5dB。

4、如图1所示，现有射频模块的监控信号量是从模块的控制电路/检测电路直接连出，并汇总到监控口16。由于这些监控信号量是TTL、CMOS或模拟量的信号，容易互相干扰或受到外界的干扰，导致射频模块的性能受到影响。

从以上现有技术存在的这些缺陷可以看出，我们现在有必要设计一种新型的射频模块以提高增益补偿的准确度、可靠性以及抗干扰的能力。

【实用新型内容】

本实用新型的目的是提供一种改进的射频模块，以提高射频模块产品性能，从而进一步提高射频模块中补偿的准确度、调整射频模块的线性度、可靠性以及抗干扰的能力。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案是：

一种利用软件补偿方法改进的射频模块，包括一射频屏蔽壳，该射频屏蔽壳体内设有功率放大电路、第一定向耦合器，所述射频屏蔽壳体外设有射频模块的监控口，其特征在于该射频屏蔽壳体内还设有射频数控衰减器、射频输出功率检测电路、模块监控电路、小功率放大电路；其中第一定向耦合器、功率放大电路、射频数控衰减器、射频输出功率检测电路依序串接在信号主链路上，模块监控电路则通过监控信号线分别连接功率放大电路、射频数控衰减器、射频输出功率检测电路连接，模块监控电路和第一定向耦合器之间还设有小功率放大器，模块监控电路还通过RS-485总线和监控口连接。

其中，所述的模块监控电路包括CPU、晶振、RS-485转换器、第二模数转换器和温度传感器；其中晶振和CPU中的参考时钟引脚相连接，RS-485转换器与CPU中的收发信号线相连接，第二模数转换器的输出部分和CPU相连，第二模数转换器的输入部分和温度传感器相连。

进一步地，所述的小功率放大电路包含小功率放大器、射频输入功率检测电路、第一隔离器和第一模数转换器；所述第一定向耦合器的主信号输入端和射频模块输入端相连，定向耦合器的主信号输出端和功率放大电路相连，第一定向耦合器的耦合出来的信号端和小功率放大器的输入端相连，小功率放大器的输出端和射频输入功率检测电路的输入端相连，射频输入功率检测电路的输出端经过第一隔离器和第一模数转换器的输入端相连；第一模数转换器的输出端和CPU相连。

进一步地，所述射频输出功率检测电路包含第二定向耦合器、第三模数转换器、第二隔离器和检波器件，第二定向耦合器的主信号输入端和射频数控衰减器相连，第二定向耦合器的主信号输出端和射频模块输出端相连，第二定向耦合器的从主信号链路中耦合出一定比例的射频信号，第二定向耦合器耦合出信号端与检波器件的输入端连接，检波器件的输出端经过第二隔离器和第三模数转换器的输入端相连，第三模数转换器的输出端和CPU相连。

进一步地，所述射频模块中数控衰减器的控制部分和模块监控电路中的CPU相连，射频模块数控衰减器信号输入端和功率放大电路的输出端相连，输出端和输出功率检测电路相连。

本实用新型是利用射频模块的软件补偿方法，以模块监控电路中CPU之上运行的软件和射频输出功率检测电路、模块监控电路、小功率放大电路等硬件结合的方式代替原来传统的硬件方式，通过预设的补偿表格或公式/算法所得的数据对射频模块进行智能化补偿，可以准确且容易地调节器件的各种特性指标，以提高射频模块产品性能，进一步满足射频模块工作的稳定性。本实用新型提供的改进的射频模块，主要采用软硬件补偿电路和模块监控电路可控的软硬件结合的方法替代了纯硬件控制补偿电路，提高了射频模块的补偿精度和准确度，同时采用RS-485总线的输出方式，由于RS-485总线是差分电平方式，消除了信号量之间的干扰；且模块信号量转换成了数据量传送，避免了外界干扰信号的引入，增强了射频模块的可靠性和抗干扰的能力；并且由于射频模块采用上述结构的监控方式，可以采用电脑等工具自动调试和测试，提高了生产的效率。

【附图说明】

图1为现有射频模块的结构示意图；

图2为本实用新型射频模块的结构示意图；

图3为本实用新型所依据软件补偿方法中查询线性度补偿表格的流程图；

图4为本实用新型所依据软件补偿方法中查询功率检测补偿表格的流程图；

图5为本实用新型所依据软件补偿方法中查询增益补偿表格的流程图。

【具体实施方式】

本实用新型的目的在于提供一种利用软件补偿方法后改进的射频模块。

以下结合具体实施例以及附图详述本实用新型。

首先来介绍本实用新型依据的射频模块性能的补偿方法。如图2所示为改进后的射频模块。它是在现有射频模块上增加了模块监控电路111、小功率放大电路113、射频输出功率检测电路106，同时改原有的硬件补偿电路13为射频数控衰减器104，其中

由模块监控电路111中CPU之上运行的软件程序根据采集到的当前温度查询预设的功率补偿表格或根据预设的公式/算法进行计算，用查询得到或计算所得的补偿数据修正检测到的射频功率值，从而达到减小射频模块功率检测准确度受环境温度的影响的作用；

同时模块监控电路111中CPU之上运行的软件程序根据采集到的当前射频输出功率值和射频输入功率值的差值，并将这差值与存储在程序中预设的增益值做比较，将比较计算所得的补偿数据经过控制连接线107送至射频数控衰减器104，射频数控衰减器104产生对主链路的信号强度变化作用，从而达到减小射频模块增益受环境温度的影响的作用；

同时模块监控电路111中CPU之上运行的软件程序根据采集到的当前温度查询预设的功率补偿表格或根据预设的公式/算法进行计算，用查询得到或计算所得的补偿数据调整数模转换器中的电压值，从而调整射频模块的线性度，达到减小射频模块线性度受环境温度的影响的作用。

上述补偿方法的具体步骤如下：

(1)、模块监控电路实时采集射频模块内部的温度，并把采集到的温度数据送到CPU中；

(2)、CPU中的软件程序运行，该软件程序会根据采集到的当前温度，查询存储在程序中的线性度补偿表格或根据存储在程序中的公式/算法进行计算，得到查询或计算所得的线性度补偿数据；CPU根据线性度补偿数据送至数模转换器；数模转换器根据接受到的数据转化成相对应的电压值；经数模转换后的电压值送至功率放大器的栅极，射频模块功率放大器的栅极电压被调整，从而达到减小射频模块放大电路线性度受环境温度影响的作用；

(3)在射频功率检测时，CPU中的软件程序运行，该软件程序会根据采集到的当前温度，查询存储在程序中的功率补偿表格或根据存储在程序中的公式/算法进行计算，并把查询得到的补偿数据修正检测到的射频功率值，从而达到减小射频模块功率检测准确度受环境温度影响的作用；

(4)在射频增益调整时，CPU中的软件程序运行，该软件程序会根据采集到的射频模块输出功率和输入功率，并将输出功率值和输入功率的差值与存放在程序中的增益值做比较，根据比较的结果调整射频模块数控衰减器，从而达到减小射频模块放大电路增益受环境温度影响的作用。

其中，上述步骤(2)中的查询线性度补偿表格或计算公式/算法的流程图参考图3，步骤如下：

(a)、射频模块启动后，CPU预设程序运行所有的初始值；

(b)、CPU运行程序，检测模块温度，获取当前温度值；

(c)、根据获取的温度值，查询预存放在程序中的补偿表格或根据存储在程序中的公式/算法进行计算，并获得相应的补偿值；

(d)、将获得的补偿值输出到数模转换器，并转换成相应的电压值；

(e)、将获得的电压值送至射频功率放大器的栅极，调整射频模块的线性度。

所述步骤(3)中的查询功率补偿表格或计算公式/算法的流程图参考图5，步骤如下：

①、射频模块启动后，CPU预设程序运行所有的初始值；

②、CPU运行程序，检测模块温度，并获取当前温度值；

③、根据获取的温度值，查询预存放在程序中的补偿表格或根据存储在程序中的公式/算法进行计算，并获得相应的补偿值；

④、将获得的补偿值修正当前查询得到的射频功率检测值。

上述步骤(4)中的获得增益补偿数据的流程图参考图4，步骤如下：

I、射频模块启动后，CPU预设程序运行所有的初始值；

II、CPU运行程序，检测射频模块的输入功率值和输出功率值，并计算输出功率和输入功率的差值，计算出来的差值为射频模块的增益；

III、根据计算得到的增益值，与射频模块预设在程序中的额定增益数值做比较，得到的差值为相应的增益补偿数据；

IV、将获得的增益补偿值输出到射频数控模块，调整射频模块的增益。

在上述方法中，所述的CPU还可以是MCU、DSP、FPGA等可以完成数据处理功能的器件，本实施例以MCU为例。程序中预设所采用的线性补偿表格和功率补偿表格也是依据功率放大器、射频检测电路中的射频检波管等器件的理论温度特性曲线仿真或实际测算整理形成的离散表格。程序中采用的线性补偿公式/算法和功率补偿表格公式/算法是根据功率放大器、射频检测电路中的射频检波管等器件的理论温度特性曲线仿真或实际测算归纳得来。

本实用新型所依据的上述软件补偿方法以软件和硬件结合的方式代替硬件的方式，通过预设的补偿表格或公式/算法所得的数据对射频模块进行智能化补偿，可以准确且容易地调节器件的各种特性指标，以提高射频模块产品性能，进一步满足射频模块工作的稳定性；通过采用软硬件补偿电路和模块监控电路可控的软硬件结合的方法替代了现有技术中的纯硬件控制补偿电路，提高了射频模块的补偿的精度和准确度，一般精度能够控制在±1.0dB甚至更小的范围内；并且由于射频模块可以采用电脑等工具自动调试和测试，提高了生产的效率。

依据以上的方法，本实用新型提供了一种经过改进后的射频模块。以下为详述。

图2为本实用新型所提供改进后射频模块的结构示意图，如图所示，其结构包括一射频屏蔽壳114，射频屏蔽壳114的壳体外设有射频模块的监控口109，射频屏蔽壳114的壳体内设有依序串接在信号主链路上的第一定向耦合器101、功率放大电路102、数控衰减电器104和射频输出功率检测电路105，射频屏蔽壳114的壳体内还设有模块监控电路111和小功率放大电路113。功率放大电路102与射频模块监控电路111之间、射频模块监控电路111与射频数控衰减器104之间、射频模块监控电路111与射频输出功率检测电路105之间、射频模块监控电路111与小功率放大电路113之间分别由监控信号线103、监控信号线107、监控信号线108和监控信号线112连接，射频模块监控电路111则与监控口通过RS-485总线208连接，小功率放大电路113和第一定向耦合器101之间用监控信号线115连接。本实用新型模块结构中，射频模块的信号由信号输入端100导入再经由信号输出端106输出至相应的链路上。

在本实用新型实施例结构中，第一定向耦合器101耦合出的信号功率较小需放大以后检测，遂设置了小功率放大器113。

更加具体地，所述的模块监控电路111包括CPU、晶振、RS-485转换器、第二模数转换器和温度传感器；其中晶振和CPU中的参考时钟引脚相连接，RS-485转换器与CPU中的收发信号线相连接，第二模数转换器的输出部分和CPU相连，第二模数转换器的输入和温度传感器相连。

更加具体地，所述的小功率放大电路113包含小功率放大器、射频输入功率检测电路、第一隔离器和第一模数转换器；第一定向耦合器的主信号输入端和射频模块输入端相连，第一定向耦合器的主信号输出端和射频功率放大电路相连，第一定向耦合器的耦合出来的信号端和小功率放大器的输入端相连，小功率放大器113的输出端和射频输入功率检测电路的输入端相连，射频输入功率检测电路的输出端经过第一隔离器和第一模数转换器的输入端相连；第一模数转换器的输出端和CPU相连。

更加具体地，所述射频模块的监控口包含把模块监控电路中的监控信号连接到射频模块外围的控制装置的数据连接器，该数据连接器与模块监控电路中输出的RS-485总线连接。

更加具体地，所述射频输出功率检测电路包含第二定向耦合器、第三模数转换器、第二隔离器和检波器件，第二定向耦合器的主信号输入端和射频数控衰减器相连，第二定向耦合器的主信号输出端和射频模块输出端相连，第二定向耦合器的从主信号链路中耦合出一定比例的射频信号，第二定向耦合器耦合出信号端与检波器件的输入端连接，检波器件的输出端经过第二隔离器和第三模数转换器的输入端相连，第三模数转换器的输出端和CPU相连。

更加具体地，所述射频模块中数控衰减器的控制部分和模块监控电路中的CPU相连，射频模块数控衰减器信号输入端和功率放大电路的输出端相连，输出端和输出功率检测电路相连。

在本实用新型的实施例中，所述的功率放大电路包含功率放大器、数模转换器和第三隔离器。功率放大器的输入端连接第一定向耦合器的输出端，功率放大器的输出端和射频数控衰减器的输入端相连，功率放大器的栅极经过第三隔离器和数模转换器的输出部分相连，数模转换器的输入部分和模块监控电路中的CPU相连。

射频模块监控电路111中的MCU数据线和温度传感器连接，温度传感器工作的时候，把检测到的射频模块内部的温度转换成电压值，并把这个电压值送到模数转换电路，模数转换电路将此电压值转换成数据并送到MCU。这样就完成了温度采集的过程。

本射频模块工作时，模块监控电路中的温度传感器实时采集射频模块内部的温度，并把采集到的温度数据送到MCU中；MCU中的软件程序运行，该软件程序会根据采集到的当前温度，查询存储在程序中的线性补偿表格或根据预设的公式/算法进行计算，并把查询得到或计算得到的补偿数据送到MCU的数据总线；数模转换器从和MCU相连的数据总线上获取补偿数据，并把这个补偿数据转换成一定比例的电压值，该电压值经过射频电路第三隔离器控制射频功率放大电路中的功率放大器的栅极电压，进而起到控制功率放大器的线性度的作用，从而调整了射频模块的线性度，达到减小射频模块线性度受环境温度影响的作用；同时，在射频功率检测时，MCU中的软件程序运行，该软件程序会根据采集到的当前温度，查询存储在程序中的功率补偿表格或根据预设的公式/算法进行计算，并把查询得到或计算得到的补偿数据修正检测到的射频功率值，从而达到减小射频模块功率检测准确度受环境温度影响的作用。

进一步地，所述射频模块的监控口109包含把模块监控电路111中的监控信号连接到射频模块外围的控制装置的数据连接器，该数据连接器与模块监控电路中输出的RS-485总线110连接。数据连接器的作用是把监控模块的监控信号通过RS-485总线110送至外围的控制装置。

本装置提供的射频模块主要采用软硬件补偿电路和模块监控电路可控的软硬件结合的方法替代了纯硬件控制补偿电路，提高了射频模块的补偿的精度和准确度，同时采用RS-485总线的输出方式，由于RS-485总线是差分电平方式，消除了信号量之间的干扰；且模块信号量转换成了数据量传送，避免了外界干扰信号的引入，增强了射频模块的可靠性和抗干扰的能力；并且由于射频模块采用上述结构的监控方式，可以采用电脑等工具自动调试和测试，提高了生产的效率。

以上所述的仅是本实用新型的较佳实施方式，其描述较为具体和详细，并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，在本实用新型技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出若干改动或修饰为等同变化的等效实施例，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1、一种利用软件补偿方法改进的射频模块，包括一射频屏蔽壳，该射频屏蔽壳体内设有功率放大电路、第一定向耦合器，所述射频屏蔽壳体外设有射频模块的监控口，其特征在于该射频屏蔽壳体内还设有射频数控衰减器、射频输出功率检测电路、模块监控电路、小功率放大电路；其中第一定向耦合器、功率放大电路、射频数控衰减器、射频输出功率检测电路依序串接在信号主链路上，模块监控电路则通过监控信号线分别连接功率放大电路、射频数控衰减器、射频输出功率检测电路连接，模块监控电路和第一定向耦合器之间还设有小功率放大电路，模块监控电路还通过RS-485总线和监控口连接。

2、根据权利要求1所述的一种利用软件补偿方法改进的射频模块，其特征在于：所述的模块监控电路包括CPU、晶振、RS-485转换器、第二模数转换器和温度传感器；其中晶振和CPU中的参考时钟引脚相连接，RS-485转换器与CPU中的收发信号线相连接，第二模数转换器的输出部分和CPU相连，第二模数转换器的输入部分和温度传感器相连。

3、根据权利要求2所述的一种利用软件补偿方法改进的射频模块，其特征在于：所述的小功率放大电路包含小功率放大器、射频输入功率检测电路、第一隔离器和第一模数转换器；所述第一定向耦合器的主信号输入端和射频模块输入端相连，定向耦合器的主信号输出端和功率放大电路相连，第一定向耦合器的耦合出来的信号端和小功率放大器的输入端相连，小功率放大器的输出端和射频输入功率检测电路的输入端相连，射频输入功率检测电路的输出端经过第一隔离器和第一模数转换器的输入端相连；第一模数转换器的输出端和CPU相连。

4、根据权利要求2或3所述的一种利用软件补偿方法改进的射频模块，其特征在于：所述射频输出功率检测电路包含第二定向耦合器、第三模数转换器、第二隔离器和检波器件，第二定向耦合器的主信号输入端和射频数控衰减器相连，第二定向耦合器的主信号输出端和射频模块输出端相连，第二定向耦合器从主信号链路中耦合出一定比例的射频信号，第二定向耦合器耦合出信号端与检波器件的输入端连接，检波器件的输出端经过第二隔离器和第三模数转换器的输入端相连，第三模数转换器的输出端和CPU相连。

5、根据权利要求4所述的一种利用软件补偿方法改进的射频模块，其特征在于：所述射频模块中数控衰减器的控制部分和模块监控电路中的CPU相连，射频模块数控衰减器信号输入端和功率放大电路的输出端相连，输出端和输出功率检测电路相连。

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