功率放大裝置和方法與流程

2023-12-04 11:26:26

本發明涉及通信技術領域，特別是涉及一種功率放大裝置和方法。

背景技術：

功率放大裝置在通信技術領域的應用極為廣泛。目前通信行業的射頻功放一般僅滿足單頻的通信需要，對於多個頻段的調製信號，很難通過同一個功率放大設備對其進行功率放大，若需要針對不同的頻段的通信信號進行放大處理，則需要分別針對各個頻段的通信信號設計相應的功放設備，比如在進行通信基站建設時針對不同的頻段要單獨設計功放。這樣容易導致針對多頻段的通信信號進行功率放大的成本高。

技術實現要素：

基於此，有必要針對傳統方案容易導致對多頻段通信信號進行功率放大的成本高的技術問題，提供一種功率放大裝置和方法。

一種功率放大裝置，包括鑑頻器、峰均比檢測裝置、模擬預失真模塊、功率放大模塊以及處理器；

所述鑑頻器、峰均比檢測裝置、模擬預失真模塊和功率放大模塊依次連接；所述鑑頻器、峰均比檢測裝置、模擬預失真模塊和功率放大模塊分別連接所述處理器；

所述鑑頻器檢測輸入的通信信號的頻率參數，將所述通信信號輸出至峰均比檢測裝置，以及將所述頻率參數發送至處理器；

所述峰均比檢測裝置檢測所述通信信號的信號峰值和信號均值，將所述通信信號輸出至模擬預失真模塊，以及將所述信號峰值和信號均值發送至處理器；

所述處理器根據接收的頻率參數選擇接通所述模擬預失真模塊內置的模擬預失真器；根據接收的信號峰值和信號均值，計算所述通信信號的峰均比，根據所述峰均比配置所述功率放大模塊的供電電壓；

所述模擬預失真模塊通過所述處理器接通的模擬預失真器對所述通信信號進行預失真處理，將預失真處理得到的預失真信號輸出至所述功率放大模塊；

所述功率放大模塊在所述處理器配置的供電電壓下對所述預失真信號進行功率放大，輸出放大後的線性信號。

上述功率放大裝置，將鑑頻器、峰均比檢測裝置、模擬預失真模塊和功率放大模塊依次連接，使通信信號依次經過上述鑑頻器、峰均比檢測裝置、模擬預失真模塊和功率放大模塊進行功率放大的過程中，處理器可以通過上述鑑頻器獲取上述通信信號的頻率參數。根據上述頻率參數實現對模擬預失真模塊內置的模擬預失真器的選取，還可以通過上述峰均比檢測裝置檢測上述通信信號的峰均比，以實現對功率放大模塊供電電壓的配置，通過從模擬預失真模塊內置的多個模擬預失真器中選取通信信號對應的模擬預失真器，以及根據具體通信信號配置功率放大模塊的供電電壓，實現對多頻段通信信號進行的功率放大，在保證放大效果的基礎上，降低了多頻段通信信號功率放大的成本。

一種基於上述功率放大裝置的功率放大方法，包括如下步驟：

鑑頻器接收通信信號後，檢測所述通信信號的頻率參數，將所述通信信號輸出至峰均比檢測裝置，並將所述頻率參數發送至處理器；

峰均比檢測裝置接收所述通信信號後，檢測所述通信信號的信號峰值和信號均值，將所述通信信號輸出至模擬預失真模塊，並將所述信號峰值和信號均值發送至處理器；

處理器在接收所述頻率參數後，選擇接通所述頻率參數對應的模擬預失真器，接收所述信號峰值和信號均值後，計算所述通信信號的峰均比，根據所述峰均比配置所述功率放大模塊的供電電壓；其中，所述模擬預失真模塊內置的模擬預失真器對應處理特定頻段的通信信號；

模擬預失真模塊通過所述處理器接通的模擬預失真器對所述通信信號進行預失真處理，將預失真處理得到的預失真信號輸出至所述功率放大模塊；

功率放大模塊在所述處理器配置的供電電壓下對所述預失真信號進行功率放大，輸出放大後的線性信號。

上述基於上述功率放大裝置的功率放大方法中，處理器可以根據待放大的通信信號的頻率參數選擇相應的模擬預失真器，根據上述通信信號的峰均比配置相應功率放大模塊的供電電壓，以實現對多個頻段的通信信號進行相應的功率放大處理，使對多頻段通信信號進行功率放大的成本得到降低。

附圖說明

圖1為一個實施例的功率放大裝置結構示意圖；

圖2為一個實施例的峰均比檢測裝置結構示意圖；

圖3為一個實施例的多路開關設備結構示意圖；

圖4為一個實施例的模擬預失真器結構示意圖；

圖5為一個實施例的功率放大模塊結構示意圖；

圖6為一個實施例的功率放大裝置結構示意圖；

圖7為一個實施例的功率放大方法流程圖；

圖8為一個實施例的功率放大裝置結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明提供的功率放大裝置和方法的具體實施方式進行詳細闡述。

參考圖1，圖1所示為一個實施例的功率放大裝置結構示意圖，包括鑑頻器11、峰均比檢測裝置20、模擬預失真模塊30、功率放大模塊40以及處理器13；上述模擬預失真模塊30可以內置多個模擬預失真器，各個模擬預失真器可以對某個特定頻段範圍內的通信信號進行預失真處理；上述處理器可以為mcu(microcontrollerunit，微控制單元)等具備智能處理功能的控制設備；

所述鑑頻器11、峰均比檢測裝置20、模擬預失真模塊30和功率放大模塊40依次連接；所述鑑頻器11、峰均比檢測裝置20、模擬預失真模塊30和功率放大模塊40分別連接所述處理器13；

所述鑑頻器11檢測輸入的通信信號的頻率參數，將所述通信信號輸出至峰均比檢測裝置20，以及將所述頻率參數發送至處理器13；

所述峰均比檢測裝置20檢測所述通信信號的信號峰值和信號均值，將所述通信信號輸出至模擬預失真模塊30，以及將所述信號峰值和信號均值發送至處理器13；

所述處理器13根據接收的頻率參數選擇接通所述模擬預失真模塊30內置的模擬預失真器；根據接收的信號峰值和信號均值，計算所述通信信號的峰均比，根據所述峰均比配置所述功率放大模塊40的供電電壓；

所述模擬預失真模塊30通過所述處理器接通的模擬預失真器對所述通信信號進行預失真處理，將預失真處理得到的預失真信號輸出至所述功率放大模塊40；

所述功率放大模塊40在所述處理器13配置的供電電壓下對所述預失真信號進行功率放大，輸出放大後的線性信號。

本實施例提供的功率放大裝置，將鑑頻器11、峰均比檢測裝置20、模擬預失真模塊30和功率放大模塊40依次連接，使通信信號依次經過上述鑑頻器11、峰均比檢測裝置20、模擬預失真模塊30和功率放大模塊40進行功率放大的過程中，處理器13可以通過上述鑑頻器11獲取上述通信信號的頻率參數，根據上述頻率參數實現對模擬預失真模塊30內置的模擬預失真器的選取，還可以通過上述峰均比檢測裝置20檢測上述通信信號的峰均比，以實現對功率放大模塊40供電電壓的配置，通過從模擬預失真模塊30內置的多個模擬預失真器中選取通信信號對應的模擬預失真器，以及根據具體通信信號配置功率放大模塊40的供電電壓，實現對多頻段通信信號進行的功率放大，在保證放大效果的基礎上，降低了多頻段通信信號功率放大的成本。

參考圖2，圖2所示為一個實施例的峰均比檢測裝置結構示意圖，如圖2所示，上述峰均比檢測裝置可以包括第一耦合器21、第二耦合器22、峰值檢波器23和均值檢波器24；

所述第一耦合器21的輸入端連接所述鑑頻器的輸出端，所述第一耦合器21的輸出端連接第二耦合器22的輸入端，所述第一耦合器21的耦合端通過峰值檢波器23連接處理器13，所述第二耦合器22的耦合端通過均值檢波器24連接處理器13；

所述第一耦合器21從所述通信信號中耦合出第一信號分量輸出至峰值檢波器23，所述峰值檢波器23檢測所述第一信號分量的信號峰值，將所述信號峰值輸出至處理器13；

所述第二耦合器22從所述通信信號中耦合出第二信號分量輸出至均值檢波器24，所述均值檢波器24檢測所述第二信號分量的信號均值，將所述信號均值輸出至處理器13。

上述信號峰值為第一信號分量(即通信信號)在一個信號周期內的最大幅值，信號均值為第二信號分量(即通信信號)在一個信號周期內的平均值。處理器13在獲取上述信號峰值和信號均值之後，可以計算上述通信信號的峰均比，根據上述峰均比配置功率放大模塊的供電電壓。

作為一個實施例，處理器可以根據峰均比所處的範圍配置功率放大模塊的供電電壓。具體地，可以在處理器和功率放大模塊之間接入可調電源，處理器通過控制可調電源的輸出電壓實現配置功率放大模塊供電電壓的目的。例如，處理器檢測到峰均比大於8db(分貝)時，將可調電源輸出電壓設置為30v(伏特)；在峰均比在6db～8db這一範圍內時，控制可調電源輸出28v電壓；在峰均比為3db～6db這一範圍內時，控制可調電源輸出26v電壓。

作為一個實施例，參考圖2所示，上述第一耦合器21的隔離端通過第一電阻25接地，所述第二耦合器22的隔離端通過第二電阻26接地。具體地，上述第一電阻25和第二電阻26可以分別為50ω(歐姆)電阻。

本實施例中，第一耦合器21的隔離端通過第一電阻25接地，第二耦合器22的隔離端通過第二電阻26接地，可以保證上述第一耦合器21和第二耦合器22在工作過程中的穩定性。

在一個實施例中，上述模擬預失真模塊可以包括多路開關設備以及多個模擬預失真器，所述多路開關設備的各路通道分別連接一個模擬預失真器，所述多路開關設備的控制端連接處理器；

所述多路開關設備的各路通道分別在處理器的控制下接通所述頻率參數對應的模擬預失真器；各個模擬預失真器分別對特定頻段的通信信號進行預失真處理。

上述多路開關設備的通道路數與模擬預失真模塊中模擬預失真器的個數相同，多路開關設備中一路開關通道控制一個模擬預失真器的通斷，上述各個模擬預失真器分別對一個特定頻段的通信信號進行預失真處理，模擬預失真器對應的特定頻段可以根據上述模擬預失真器的性能特點以及經過模擬預失真模塊的通信信號特點進行確定。如第一模擬預失真器可以對第一頻段的通信信號進行預失真處理，第二模擬預失真器可以對第二頻段的通信信號進行預失真處理，第三模擬預失真器可以對第三頻段的通信信號進行預失真處理等等。處理器在獲取通信信號的頻率參數後，可以判斷上述頻率參數屬於哪個頻段，再接通上述頻率參數所屬頻段對應的一路開關通道，以實現對相應模擬預失真器的接通。

本實施例在模擬預失真模塊設置多個模擬預失真器，使各個模擬預失真器可以分別對相應頻段內的通信信號進行預失真處理，可以保證對各個頻段的通信信號進行預失真處理的效果。

作為一個實施例。可以參考圖3所示，上述多路開關設備包括第一射頻開關31和第二射頻開關32；所述模擬預失真模塊可以包括第一模擬預失真器33和第二模擬預失真器34；

所述第一射頻開關31的輸入端連接所述峰均比檢測裝置的輸出端，所述第一射頻開關31的第一輸出端通過第一模擬預失真器33連接第二射頻開關32的第一輸入端，所述第一射頻開關31的第二輸出端通過第二模擬預失真器34連接第二射頻開關32的第二輸入端，所述第二射頻開關32的輸出端連接功率放大模塊的輸入端。

本實施例在模擬預失真模塊設置並行排列的第一模擬預失真器33和第二模擬預失真器34，通過上述第一射頻開關31和第二射頻開關32控制接通上述第一模擬預失真器33或者第二模擬預失真器34。

具體地，本實施例提供的功率放大裝置可以對頻率在1.8ghz(吉赫)～2.6ghz這一範圍內的通信信號進行功率放大。當處理器13檢測到通信信號的頻率參數在1.8ghz～2.2ghz這一頻率範圍內時，可以控制第一射頻開關31的輸入端接通第一射頻開關31的第一輸出端，控制第二射頻開關32的第一輸入端接通第二射頻開關32的輸出端，即接通上述第一模擬預失真器33，使第一模擬預失真器33對上述通信信號進行預失真處理；當處理器13檢測到通信信號的頻率參數在2.2ghz～2.6ghz這一頻率範圍內時，可以控制第一射頻開關31的輸入端接通第一射頻開關31的第二輸出端，控制第二射頻開關32的第二輸入端接通第二射頻開關32的輸出端，即接通上述第二模擬預失真器34，使第二模擬預失真器33對上述通信信號進行預失真處理。

在一個實施例中，上述模擬預失真器可以如圖4所示，包括分路器61、第一放大器62、第二放大器63以及合路器64；

所述分路器61的輸入端連接所述峰均比檢測裝置的輸出端，所述分路器61的第一輸出端通過第一放大器62連接所述合路器64的第一輸入端，所述分路器61的第二輸出端通過第二放大器63連接所述合路器64的第二輸入端，所述合路器64的輸出端連接所述功率放大模塊的輸入端。

本實施例利用分路器61將輸入模擬預失真模塊的通信信號分離為相位差為90度的兩路線性信號(第一線性信號和第二線性信號)，將第一線性信號通過第一放大器62的放大後，輸出非線性信號至合路器64，將第二線性信號通過第二放大器63的放大輸出線性信號至合路器64，最後使放大後的非線性信號和線性信號在合路器64處進行合成處理，保證為線性信號，合路器64輸出非線性的預失真信號。

作為一個實施例，如圖4所示，上述模擬預失真器還可以包括第一衰減器65和第二衰減器66；

所述第一衰減器65連接在所述第一放大器62與所述合路器64的第一輸入端之間，所述第二衰減器66連接在所述分路器61的第二輸出端與第二放大器63之間。

上述第一衰減器65用於對第一放大器62輸出的非線性信號進行衰減，第二衰減器66將分路器61分離的線性信號進行衰減處理後，將上述線性信號輸出至第二放大器63，並保證輸入合路器64的線性信號和非線性信號的功率，從而保證合路器64對上述線性信號和非線性信號的合成效果。具體地，上述第一衰減器65可以為9db衰減器，第二衰減器66可以為6db衰減器，以優化上述第一衰減器65和第二衰減器66的取值。

作為一個實施例，如圖4所示，上述分路器61可以通過第三電阻67接地，上述合路器64可以通過第四電阻68接地。具體地，上述第三電阻67和第四電阻68可以分別為50ω電阻；上述50ω電阻主要用於吸收相應分路器/合路器隔離端的洩露功率，並做到埠匹配，使分路器61和合路器64的安全、穩定地進行相應的工作。

作為一個實施例，上述第一放大器和第二放大器可以均為a類放大器。

本實施例中，第一放大器和第二放大器分別採用a類放大器，可以實現成本低，性能穩定的技術效果。

在一個實施例中，上述分路器可以包括第一寬帶90°3db電橋，所述合路器可以包括第二寬帶90°3db電橋；

所述第一寬帶90°3db電橋的輸入端連接所述峰均比檢測裝置的輸出端，所述第一寬帶90°3db電橋的第一輸出端通過第一放大器連接所述第二寬帶90°3db電橋的第一輸入端，所述第一寬帶90°3db電橋的第二輸出端通過第二放大器連接所述第二寬帶90°3db電橋的第二輸入端，所述第二寬帶90°3db電橋的輸出端連接所述功率放大模塊的輸入端。

本實施例採用第一寬帶90°3db電橋將通信信號分離為線性信號，分離後的信號相位與原信號相位可以相差90°；由於衰減器65和衰減器66的存在，放大器62輸出非線性信號，放大器63輸出線性信號，採用第二寬帶90°3db電橋將線性信號和非線性信號進行合成，使上述線性信號和非線性信號在相移90°的基礎上再進行相位移動90°，因而合成後的信號與原通信信號的相位相差180°，這樣，第二寬帶90°3db電橋輸出的預失真信號經過功率放大模塊的放大處理後，可以較高精度的對原通信信號進行還原，以保證放大後的通信信號的信號質量。

在一個實施例中，上述功率放大模塊可以包括依次連接的多個寬帶功率放大器，其中，第一個寬帶功率放大器的輸入端連接所述模擬預失真模塊的輸出端，最後一個寬帶功率放大器的輸出端用於輸出放大後的線性信號，各個寬帶功率放大器的控制端分別連接處理器。

上述各個寬帶功率放大器的電源端可以分別連接可調電源，以便通過可調電源實現對各個寬帶功率放大器供電電壓的配置。

本實施例通過依次連接的多個寬帶功率放大器對模擬預失真模塊輸出的預失真信號進行功率放大，可以保證功率放大的強度，使相應的預失真信號放大至相應的目標信號，從而保證了相應通信信號的功率放大效果。

作為一個實施例，為了保證通信信號的功率放大精度，上述功率放大模塊可以如圖5所示，包括依次連接的可調衰減器41、第一寬帶功率放大器42、第二寬帶功率放大器43以及第三寬帶功率放大器44；上述可調衰減器41的輸入端連接模擬預失真模塊的輸出端，第三寬帶功率放大器44輸出放大後的通信信號。上述可調衰減器41、第一寬帶功率放大器42、第二寬帶功率放大器43以及第三寬帶功率放大器44還可以分別連接處理器，在處理器的控制下，協同對輸入的預失真信號進行放大處理，以保證輸出的通信信號的精度。具體地，上述處理器可以通過分別配置可調衰減器41、第一寬帶功率放大器42、第二寬帶功率放大器43以及第三寬帶功率放大器44的供電電壓，實現對上述可調衰減器41、第一寬帶功率放大器42、第二寬帶功率放大器43以及第三寬帶功率放大器44的控制。

作為一個實施例，若處理器通過可調電源配置上述第一寬帶功率放大器42、第二寬帶功率放大器43以及第三寬帶功率放大器44的供電電壓，則處理器可以通過調節可調電源輸出至第一寬帶功率放大器42漏極、第二寬帶功率放大器43漏極以及第三寬帶功率放大器44漏極的供電電壓，實現對各個寬帶功率放大器的供電電壓配置。

在一個實施例中，參考圖6所示，上述功率放大裝置還可以包括可調電源15，所述可調電源15連接在所述處理器13和功率放大模塊40之間；

所述可調電源15在處理器40的控制下提供所述功率放大模塊40的供電電壓。

具體地，上述可調電源15可以連接功率放大模塊40的電源端。

本實施例通過可調電源15實現對功率放大模塊40供電電壓的配置，可以保證對功率放大模塊40供電電壓配置的便利性。

參考圖7，圖7所示為一個實施例的基於上述功率放大裝置的功率放大方法流程圖，包括如下步驟：

s1，鑑頻器接收通信信號後，檢測所述通信信號的頻率參數，將所述通信信號輸出至峰均比檢測裝置，並將所述頻率參數發送至處理器；

s2，峰均比檢測裝置接收所述通信信號後，檢測所述通信信號的信號峰值和信號均值，將所述通信信號輸出至模擬預失真模塊，並將所述信號峰值和信號均值發送至處理器；

s3，處理器在接收所述頻率參數後，選擇接通所述頻率參數對應的模擬預失真器，接收所述信號峰值和信號均值後，計算所述通信信號的峰均比，根據所述峰均比配置所述功率放大模塊的供電電壓；其中，所述模擬預失真模塊內置的模擬預失真器對應處理特定頻段的通信信號；

上述模擬預失真模塊包括多個並列連接的模擬預失真器，各個模擬預失真器分別對應處理一個特定頻段的通信信號，以保證模擬預失真器對通信信號進行預失真處理的效果。處理器可以根據模擬預失真器的性能特徵預先設置各個模擬預失真器分別對應的信號頻段，在讀取到通信信號的頻率參數後，檢測上述頻率參數所處的目標頻段，並接通上述目標頻段對應的模擬預失真器，使上述通信信號對應的目標模擬預失真器對通信信號進行預失真處理。

上述處理器還可以預先設置峰均比與功率放大模塊供電電壓之間的對應關係，比如某段峰均比範圍對應一個設定電壓值，在處理器檢測到峰均比處於該段段峰均比範圍時，並將功率放大模塊的供電電壓配置為上述設定電壓值。

s4，模擬預失真模塊通過所述處理器接通的模擬預失真器對所述通信信號進行預失真處理，將預失真處理得到的預失真信號輸出至所述功率放大模塊；

s5，功率放大模塊在所述處理器配置的供電電壓下對所述預失真信號進行功率放大，輸出放大後的線性信號。

上述功率放大方法可以基於圖8所示的功率放大裝置，參考圖8所示，上述鑑頻器11、峰均比檢測裝置20、模擬預失真模塊20和功率放大模塊40依次連接，鑑頻器11、峰均比檢測裝置20、模擬預失真模塊30和功率放大模塊40分別連接所述處理器13；上述模擬預失真模塊30內置模擬預失真器1和模擬預失真器2，處理器通過控制射頻開關1和射頻開關2的通斷接通上述模擬預失真器1或者模擬預失真器2。處理器13可以通過可調電源13配置功率放大模塊40的供電電壓。

需要進行功率放大的通信信號輸入鑑頻器11後，依次通過峰均比檢測裝置20、模擬預失真模塊20和功率放大模塊40；在上述功率放大模塊40中進行放大以及還原處理後，進行相應的輸出。

鑑頻器11檢測通信信號的頻率參數，將檢測到的頻率參數發送至處理器13；峰均比檢測裝置20具體可以通過其內置的耦合設備耦合出通信信號的信號分量，將上述信號分量輸出至相應檢波器(如峰值檢波器和均值檢波器)檢測信號峰值和信號均值，並將檢測得到的信號峰值和信號均值發送至處理器13；處理器13可以選擇接通所述頻率參數對應的模擬預失真器，計算所述通信信號的峰均比，通過控制可調電源15的輸出電壓配置功率放大模塊40的供電電壓；使上述通信信號通過其對應的模擬預失真器進行預失真處理後，還可以根據其峰均比特徵配置功率放大模塊的供電電壓，以對上述通信信號進行功率放大，其可以針對多個頻段的通信信號進行功率放大處理，具有較低的成本。

本發明提供的基於上述功率放大裝置的功率放大方法中，處理器可以根據待放大的通信信號的頻率參數選擇相應的模擬預失真器，根據上述通信信號的峰均比配置相應功率放大模塊的供電電壓，以實現對多個頻段的通信信號進行相應的功率放大處理，使對多頻段通信信號進行功率放大的成本得到降低。

在一個實施例中，在處理器接收所述頻率參數後，檢測所述頻率參數所處的頻段範圍，將檢測得到的頻段範圍確定為目標頻段，在所述模擬預失真模塊內置的模擬預失真器識別所述目標頻段對應的目標模擬預失真器，接通所述目標模擬預失真器。

本實施例通過檢測通信信號頻率參數所處的頻段確定相應的模擬預失真器，可以保證上述模擬預失真器對通信信號進行預失真處理的質量。以圖8所示包括兩個模擬預失真器的功率放大裝置為例，若輸入鑑頻器的通信信號頻率在1.8ghz(吉赫)～2.6ghz這一範圍內。當處理器13檢測到通信信號的頻率參數在1.8ghz～2.2ghz這一頻率範圍內時，可以控制接通模擬預失真器1，使模擬預失真器1對上述通信信號進行預失真處理；當處理器13檢測到通信信號的頻率參數在2.2ghz～2.6ghz這一頻率範圍內時，可以控制接通模擬預失真器2，使模擬預失真器2對上述通信信號進行預失真處理。

參考圖8所示，在一個實施例中，處理器13可以通過調節可調電源15輸出至功率放大模塊40的電壓，實現對功率放大模塊40供電電壓的配置。具體地，上述處理器13檢測到峰均比大於8db時，可以將可調電源15輸出電壓設置為30v，即將功率放大模塊40的供電電壓配置為30v；在峰均比處於6db～8db這一範圍內時，控制可調電源15輸出28v電壓；在峰均比處於3db～6db這一範圍內時，控制可調電源15輸出26v電壓。

以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。