[发明专利]一种射频功率放大器功率控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及功率放大器技术，具体涉及一种结合功率合成与动态负载的射频功率放大器功率控制系统。

背景技术

针对手持通信设备应用，射频功率放大系统的能耗几乎占了通信系统总能耗的50％甚至更高，为了延长电池寿命，需要尽可能地提高射频功率放大器的效率。功率放大器的峰值效率，也就是输出最大功率时的效率一般会比较高，但是通信系统大部分时间工作在低功率水平下，因此，提高射频功率放大器低功率水平时的效率从而获得高的平均效率至关重要。

使用控制加权功率合成实现功率控制的射频功率放大器，等效负载一般设计为最大功率输出时要求的最佳负载值。低功率输出时，由于电源电压固定，而功率放大器的输出电流能力有限，此时其效率最佳等效负载比最大功率输出时要求的最佳负载值大，假若不作动态负载调节，输出负载匹配网络是固定的，此时功率放大器的效率相比于最大功率附加功率效率会下降，效率下降的幅度甚至达到一个数量级。

图1为传统的功率控制功率合成射频功率放大器系统框图，图中加权的功率放大器由X1、X2、X4和X8构成，这四个功率放大器的功率输出能力为二进制加权，X2是X1的两倍，X4是X2的两倍，X8是X4的两倍。微控制器通过四个使能控制端PA_CTL0，PA_CTL1，PA_CTL2，PA_CTL3分别控制对应加权的射频功率放大器，这四个使能控制端接收的是数字信号，可以构成十六种组合的功率输出，从而达到功率控制的目的。图中的负载匹配网络为固定型，将负载阻抗等效为功率放大器最大功率输出时的最佳阻抗，从而在最大功率输出时得到最高的效率。

图2为传统的功率控制功率合成射频功率放大器的输出功率与效率的关系。从图中可以看出，在较大的功率水平上(图中211)功放具有较高的效率；当功率水平下降(图中212)时，射频放大器的效率急剧下降，最小功率输出时的效率跟最大功率输出时的效率相比，效率下降的幅度甚至达到一个数量级。

发明内容

本发明提供一种射频功率放大器功率控制系统，其目的在于提高功率合成射频功率放大器的平均效率。

本发明提供的一种射频功率放大器功率控制系统，包括由加权的射频功率放大器X1、X2、X4、X8构成的射频功率合成单元，其特征在于，该系统还包括动态负载单元和功率控制逻辑单元；

所述动态负载单元由动态负载调节电路构成，用于通过调节负载匹配网络的参数来改变功率放大器的等效负载阻抗，使得在不同的功率水平下，射频功率合成单元中的各射频功率放大器的等效负载阻抗均近似为最佳负载阻抗；

所述功率控制逻辑单元根据外部功率控制信号解析出目标输出功率值，控制射频功率合成单元中的各加权的射频功率放大器的组合，通过查找表调节动态负载调节电路状态，以提高各种功率输出水平时的功率效率。

作为上述技术方案的改进，所述功率控制逻辑单元包括查找表、输入控制逻辑电路，动态负载选择逻辑电路，以及加权功率控制电路；查找表用于存储一系列功率水平下动态负载单元的组合状态，每个组合状态对应一种功率输出水平；输入控制逻辑电路将微控制器发送的二进制码流解码为对应的功率值，在查找表中查找到对应的负载匹配网络配置，并提供给动态负载选择逻辑电路；同时还将功率值提供给加权功率控制电路；动态负载选择逻辑电路将查找表中查找到的对应的功率下的负载配置，通过动态负载单元的使能控制线使能对应的负载匹配网络，从而得到该功率水平下对应的近似最优负载；加权功率控制电路根据对应的功率水平使能对应的射频功率放大器配置，从而得到对应的功率输出水平。

作为上述技术方案的进一步改进，所述动态负载调节电路包括第一至第十电容C1、C2、…、C10，电感L和第一至第八开关K1、K2、…、K8，其中，第一至第十电容C1、C2、…、C10的电容值满足二进制加权，输出端口接负载，输入端口接各射频功率放大器的功率合成输出点；电感L的两端分别与输入和输出端口连接，电容C1、C2、C3、C4和C5的一端均与所述输入端口连接，电容C1的另一端直接接地，电容C2、C3、C4和C5的另一端分别通过连接开关K1、K2、K3、K4后接地；电容C6、C7、C8、C9和C10的一端均与输出端口连接，电容C6的另一端直接接地，电容C7、C8、C9和C10的另一端分别通过连接开关K5、K6、K7、K8后接地。