[发明专利]一种射频功率放大装置

说明书

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种用于移动通信基站中的高效率高线性度射频功率放大装置。

背景技术

射频功率放大器是无线通信基站系统中的关键部件，其性能将直接影响通信产品的成本、性能、体积、稳定性等指标。射频功率放大器的效率和线性度是学者们近年来研究最多的两个指标。随着绿色无线电概念的盛行，各通信运营商计划在未来十年将总功耗降低50%-60%。根据爱立信的研究数据表明，能源成本占到移动运营商运营费用的一半之多，而移动电信网络的总能耗中，基站占到了60%，射频功率放大器的能耗占基站总能耗的60%以上。射频功率放大器的效率成为首先要解决的问题。与此同时，3G、4G通信标准对射频功率放大器的线性度也提出了更高的要求。

单独实现了高效率指标或者高线性的指标已经不再是研究的难点，现有很多技术方案已经能够实现，并且其研究的意义已经不大。但是要将两个指标都较好的在同一个射频功放中实现，其难度是非常大的。目前3G通信基站中采用最多的是数字预失真与Doherty结合的方案，原理框图如图1所示。主要由数字基带处理单元10、信号转换单元20和功率放大单元30构成。数字预失真系统需要将原始的基带信号与经过放大器放大的失真信号进行对比，建立放大器的行为模型，求解出它的逆函数，作为预失真器，使得系统对。功率放大单元由驱动功放31和Doherty功放32构成。Doherty技术是目前提高射频功率放大器效率的主要技术之一，特别是针对目前的无线通信信号，由于其具有一定的功率峰均比，Doherty能在整个回退区都达到较高的效率，因此适合作为基站中的末级功率放大器，来提高功放的平均效率。该方案已成熟应用于工业中，并且已有大量公开资料，故对各个内部单元就不再做详细描述。

在对现有技术的研究和实践中，发明人发现现有方案存在以下缺陷：

数字预失真需要对比原始输入信号和功放输出信号之差，对输出信号进行反馈采集，电路结构复杂，硬件成本较高。其次数字预失真算法比较复杂，特别是对于宽带信号，功放的记忆效应严重，简单的预失真模型很难模拟射频功放非线性特性。另外，该系统无论是运算量还是运算速度都对数字电路有很高的要求。工业上往往采用昂贵的高速FPGA或者DSP来实现，大量的数字信号处理运算使得数字信号处理单元的功耗成倍增长，影响了整个射频功放模块的效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有高效率射频功率放大器失真大、线性度不高的缺点，目的是提供一种高效率高线性度的射频功率放大器，能够很好地抑制功率放大器的非线性失真，并且提高整个功率放大器效率。

实现本发明目的的技术解决方案是：

一种射频功率放大装置，该装置包括：

-数字控制电路单元100，至少包括：一个定向耦合器101，耦合主干路上的射频信号；一个射频信号功率检测电路102，检测输入信号功率大小，以模拟电压形式输出；一个栅极电压控制电路103，采集射频信号功率检测电路102输出的模拟电压，根据输入射频信号的功率检索查找表LUT，输出两个模拟电压，分别作为驱动级放大器200的栅极偏置电压和Doherty的主功放300的栅极偏置电压；

-驱动级放大器200，对射频信号初步放大，至少包括一个晶体管201，所述晶体管201前端具有匹配网络和可调栅极供电电路；所述晶体管201后端具有漏极供电电路和输出匹配网络；

-Doherty功放300，至少包括功率分配器301，将射频信号等功率分为两路；至少包括一个主功放302，与功率分配器301的其中一个输出端相连，其偏置在AB类或B类，栅极电压可调；至少包括一个峰值功放303，与功率分配器301的另一个输出端相连，其偏置在C类；至少包括功率合成器304，起到负载调制作用，使主功放302提前进入饱和工作状态；

在上述装置中，通过设置驱动级放大器200和Doherty功放300，获得高的放大效率；通过设置数字控制电路单元100，根据功率放大器非线性失真产生的机理，利用栅极电压控制电路103控制驱动级放大器200的栅极偏置电压和Doherty的主功放302的栅极偏置电压，从而改变驱动级放大器200和Doherty的主功放302失真分量的相位与幅度，使其对消，获得高的线性度。

所述射频信号功率检测电路102包括带通滤波器BPF112，功率检波器122和低通滤波器LPF132。

所述晶体管201选用LDMOS或者GaN。

所述功率分配器301是威尔金森功分器或者Branch-line定向耦合器。