高效率功率放大器及其实现方法技术

本发明专利技术公开一种高效率功率放大器，包括级联的至少两级功放管，两级功放管依次对信号进行推进放大，该功率放大器还包括：耦合电路，从末级的功放管所输出的射频信号中耦合一路射频信号；功率检测电路，用于从所述耦合所得的射频信号中提取与功率大小相关的功率电压值；控制模块，对应所述功率电压值计算出至少一个功放管中将要进行重设的栅极电压值，依据该栅极电压值在相应的功放管的栅极施加电压。相应地，本发明专利技术还公开这种功率放大器的实现方法。本发明专利技术克服了现有功率放大器低输出功率处效率低下的缺点，使整体效率提高５％左右；此外，本发明专利技术还采取增益补偿的方式对功率放大器的效率进行强化；同时保持较低的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移动通信系统中功率放大器的设计领域，尤其涉及一种高效 率功率放大器及其实现方法。技术背景近年来，随着3G网络的大规模建设，为了降低CAPEX (设备投资)和 OPEX (运营成本)，功率放大器效率的提高越来越成为运营商关注的焦点。 功率放大器的核心问题是线性化和高效率，因此，新一代功率放大器线性化 技术数字预失真(DPD)技术得到了极大的发展。而增强效率的技术发展相 对比较滞后，可以提高功率放大器效率的技术常见的有Doherty技术、包 络跟踪(Envelope tracking), 包络消除再生才支术(Envelope elimination restoration )、 自适应偏置技术(adaptive bias )、 峰值减小技术(Crest factor reduction)等。更高的效率不仅能够为运营商节省电费，还能节省电源等配 套设施的投资，而且由于生产工艺的简化，降低了整机散热的要求，增加设 备稳定性，使网络性能更好。在功率放大器中，功率管的栅压作为一个可控制参数，它对功率放大器 的效率起着举足轻重的作用。目前常见的栅压控制技术主要有两种第一种栅压控制技术采用的方案是在功率放大器最大输出功率处，调 整栅压，使功率放大器效率达到最大，并固定该栅压值。在这种技术中，固 定的栅压值只保证了功率放大器在最大输出功率处效率最高，但是当功率放 大器输出功率减小时，效率会很快降低。而功率放大器在实际工程应用中， 功率放大器大部分工作时间在低输出功率处，这就导致了功率放大器在低输 出功率时，浪费了大量的能源。第二种栅压控制技术釆用的方案是如图l所示的原理图中，功率放大 器的栅压控制电路采用模拟电路搭建，使功率放大器中放大管的栅压值随着 输入功率变化而变化，从而提高功率放大器低输出功率处效率。这种方法中，4采用和输入功率有关的栅压控制电路，虽然提高了功率放大器在低输出功率 时效率，但是由于采用纯硬件的栅压控制电路，会导致功率放大器中末级功 放管增益发生很大的波动，不能够增益补偿，而为了使增益波动满足系统指 标，就必须牺牲功率放大器效率，因此效率提高有限。另外，由于一般功率 放大器都是由几级功放管组成，而对效率起决定作用的是末级功放管，把输 入功率作为栅压控制电路的参考量，在实际使用中不够精确，影响到效率提 高指标。
技术实现思路
本专利技术的第一目的就是要克服上述两种栅压控制技术的不足，提高功率 放大器的整体效率，而提出一种高效率功率放大器，同时，也作为本专利技术的 第二目的，提供一种高效率功率放大器的实现方法。为实现所述第一目的，本专利技术采用如下技术方案本专利技术高效率功率放大器，包括级联的至少两级功放管，两级功放管依次对信号进行推进放大，该功率放大器还包括耦合电路，从末级的功放管所输出的射频信号中耦合一路射频信号； 功率检测电路，用于从所述耦合所得的射频信号中提取与功率大小相关的功率电压值；控制模块，对应所述功率电压值计算出至少一个功放管中将要进行重设的栅极电压值，依据该栅极电压值在相应的功放管的栅极施加电压。所述控制模块存储至少 一个主映射关系表格，该主映射关系表格表征所述功率电压值与至少一个功放管的将要进行重设的栅极电压值之间的映射关系，供直接对应功率电压值使用栅-极电压值。所述控制模块存储的主映射关系表格的个数与功放管的级数相等，主映射关泉表格表征所述功率电压值与其中一个功放管的将要进行重设的栅极电压值之间的映射关系。所述控制模块与至少一个功放管之间串接有控制接口电路，该控制接口 电路对控制模块所输出的电压实施稳压和整型，以便输出稳定的电压至相应 的功放管。5该功率放大器还包括增益补偿电路，该控制模块根据所述功率电压值计 算出增益补偿值，该增益补偿电路依据该增益补偿值对输入首级功放管的信 号进行增益补偿。所述控制模块还储存表征所述功率电压值与增益补偿值的辅映射关系 表格，供直接对应功率电压值使用增益补偿值。所述控制模块包括控制芯片、A/D变换器和D/A变换器，A/D变换器串 接于控制芯片与所述功率检测电路之间，用于将所述功率检测电路检测出的 功率电压值转换为数字信号并传输至控制芯片；控制芯片存储所述具有主、 辅映射关系表格，并负责对应所述功率电压值计算出相应的片册极电压值和增 益补偿值；所述D/A变换器串接于控制芯片与各功放管/增益补偿电路之间， 将所述栅极电压值/增益补偿值转换为模拟信号并传输至相应的功放管/增益 补偿电路。所述控制芯片为单片机、DSP、 FPGA和ARM中任意一种。 适应本专利技术的第二目的，本专利技术高效率功率放大器的实现方法，包括如 下步骤1) 耦合功率放大器自身输出的射频信号；2) 从耦合而得的射频信号中提取其功率电压值；3) 以功率电压值与至少一个功放管的栅极电压值的对应关系计算该相 应的功放管将要进行重设的栅极电压值；4) 以该栅极电压值为基准，重置相应的功放管的栅极电压。其中，功率电压值与栅极电压值已以主映射关系表格的形状被预设。 此外，还包括步骤5)以功率电压值计算对功率放大器自身的增益补偿 值并实施增益补偿。同理，功率电压值与增益补偿值已以辅映射关系表格的形状被预设。 与现有技术相比，本专利技术具备如下优点本专利技术克服了现有功率放大器 低输出功率处效率低下的缺点，使功率放大器的效率在整体上提高5%左右， 不受多级功放管的影响；此外，本专利技术还采取增益补偿的方式对功率放大器 的效率进行强化；同时，在硬件结构上，本专利技术保持了较低的成本。附图说明图1为传统的功率放大器的电路原理框图；图2为本专利技术高效率功率放大器的电路原理框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进 一 步的说明请参阅图2，本专利技术高效率功率放大器，具体包括增益补偿电路8、进 行推动的首级功放管11、末级功放管12、控制接口电路71、控制接口电路 72、 A/D变换器4、 D/A变换器61、 D/A变换器62、 D/A变换器63、 MCU 控制芯片5、功率检测电路3以及耦合电路2。其中，控制芯片5， A/D变换 器4和各D/A变换器61， 62, 63组合成为本专利技术所述的控制模块。工作原理移动通信射频信号进入功率放大器后，先通过首级功放管ll 进行预放大，再输出至末级功放管12,经最后放大后，变为放大后的射频信 号输出。在射频信号输出端，釆用耦合电路2提取一部分信号进入功率^f企测 电路3,功率检测电路3得到和射频信号输出功率有关的功率电压值，进入 A/D变换器4， A/D变换器4采样该模拟信号，变为数字信号后，进入MCU 控制芯片5， MCU控制芯片5根据数字化的输出功率电压值，采用提高功率 放大器效率的栅压控制算法，计算出将要对各个功放管11， 12的栅极电压进 行重设的各个栅极电压值，把各个栅极电压值分别经过相应的D/A变换器 61, 62和控制接口电路71, 72进行稳压整型等处理后，重置各个相应的功 放管12, 11的栅极电压，即末级功放管12和首级功放管11的栅极电压，从 而提高功率放大器效率，另外，在调整末级功放管12栅极电压时，如果增益 发生了变化，则MCU控制芯片5通过D/A变换器63，来控制增益补偿电路 8,从而达到整个功率放大器增益补偿的目的。如下介绍实际操作中本专利技术高效率功率放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效率功率放大器，包括级联的至少两级功放管，两级功放管依次对信号进行推进放大，其特征在于该功率放大器还包括：　耦合电路，从末级的功放管所输出的射频信号中耦合一路射频信号；　功率检测电路，用于从所述耦合所得的射频信号中提取与功 率大小相关的功率电压值；　控制模块，对应所述功率电压值计算出至少一个功放管中将要进行重设的栅极电压值，依据该栅极电压值在相应的功放管的栅极施加电压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张占胜，潘栓龙，刘大能，刘海涛，谢斌，
申请(专利权)人：京信通信系统中国有限公司，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]