高效率線性功放系統及其實現方法
【專利摘要】本發明公開了一種高效率線性功放系統及其實現方法，所述系統通過耦合電路將射頻信號分為直通信號和耦合信號，直通信號經過預失真處理直接輸入到Doherty放大器進行功率放大，與此同時，信號帶寬識別電路識別耦合信號的瞬時帶寬，控制單元根據該瞬時帶寬在Doherty放大器對直通信號進行功率放大之前調整峰值放大器中微波功率晶體管的柵極電壓，以調整峰值放大器的工作狀態。通過調整峰值放大器的工作狀態，當射頻信號為寬帶信號時適當犧牲Doherty放大器的效率以換取其更好的線性特性。這樣預失真電路無需按照最大帶寬要求設計，從而減小預失真電路的設計和制造成本，進一步地減小整個功放系統的設計和制造成本。
【專利說明】高效率線性功放系統及其實現方法 【【技術領域】】
[0001] 本發明涉及一種功放系統，特別是涉及一種高效率線性功放系統及其實現方法。 【【背景技術】】
[0002] 無線通信的發展經歷了 2G、3G和4G，未來將進入5G，無線通信進入大數據時代。為 了保證無線通信的通信質量，提高頻譜利用率，降低無線通信運營成本，對無線通信設備的 效率、寬帶、線性等指標也提出了越來越高的要求。
[0003] 射頻功率放大系統是無線通信系統中的核心有源設備，其性能在整個無線通信系 統中起決定性作用。目前，射頻功率放大系統一般采用Doherty (多赫蒂）放大器來實現高 效率性能，加上預失真技術便可實現射頻功率放大系統的高效率、高線性指標。
[0004] 在實際的應用中，由于存在多個運營商使用同一個設備其工作頻段內的不同頻 段，或者不同時段信號載波數存在變化，因此，進入射頻功率放大系統的信號，其瞬時帶寬 是變化的，而且沒有固定規律。信號瞬時帶寬相對較窄（窄帶）時，Doherty放大器的初始 線性較好，失真較小，對預失真的校正相對容易；但是，當信號載波增加時，這是信號瞬時帶 寬也相應地增加，當達到寬帶水平時，由于Doherty放大器的帶寬特性，Doherty放大器初 始線性急劇惡化，此時對預失真的校正比較困難，使得射頻功率放大系統線性變差，導致終 端接收到的信號嚴重失真，從而嚴重影響整個通信系統。若按照最大的帶寬要求去設計預 失真電路，的確能解決上述問題，但是這樣預失真電路非常復雜，開發難度大、設計制造成 本較高，從而增加射頻功率放大系統的成本，進一步地，由于信號瞬時帶寬是變化的，且在 夜間等時間段內，其信號瞬時帶寬為窄帶，所以射頻功率放大系統按照最大的帶寬要求設 計的預失真電路會造成很大資源浪費。 【
【發明內容】
】
[0005] 基于此，有必要針對現有技術中對寬帶信號Doherty放大器初始線性差導致射頻 功率放大系統線性變差的問題，提供一種高效率線性功放系統及其實現方法。
[0006] -種高效率線性功放系統，包括耦合電路、預失真電路、信號帶寬識別電路、控制 單元以及Doherty放大器，所述Doherty放大器至少包括一個峰值放大器，所述峰值放大器 至少包括一個微波功率晶體管，所述耦合電路包括射頻輸入端、直通輸出端以及耦合輸出 端；所述射頻輸入端用于輸入射頻信號，所述直通輸出端與預失真電路的輸入端連接，所述 預失真電路的輸出端與所述Doherty放大器的輸入端連接；所述耦合輸出端與信號帶寬識 別電路的輸入端相連，所述信號帶寬識別電路的輸出端與控制單元的輸入端相連，所述控 制單元的輸出端與所述微波功率晶體管的柵極相連；所述射頻信號通過所述射頻輸入端輸 入至所述耦合電路，并通過耦合電路將射頻信號分為通過直通輸出端輸出直通信號和通過 耦合輸出端輸出的耦合信號，所述直通信號經過預失真電路進行預失真處理后輸入至所述 Doherty放大器進行功率放大；所述耦合信號經過信號帶寬識別電路后，所述信號帶寬識 別電路輸出射頻信號的瞬時帶寬至控制單元，該控制單元根據所述瞬時帶寬調整所述微波 功率晶體管的柵極電壓，以調整峰值放大器的工作狀態。
[0007] 相應地，本發明還提供一種高效率線性功放系統的實現方法，包括步驟：將射頻信 號分為直通信號和耦合信號；所述直通信號經過預失真處理后輸入至Doherty放大器進行 功率放大；獲取所述耦合信號的瞬時帶寬，并根據該瞬時帶寬調整峰值放大器中微波功率 晶體管的柵極電壓，以改變所述峰值放大器的工作狀態。
[0008] 本發明通過耦合電路將射頻信號分為直通信號和耦合信號，直通信號經過預失真 處理直接輸入到Doherty放大器進行功率放大，與此同時，信號帶寬識別電路識別耦合信 號的瞬時帶寬，控制單元根據該瞬時帶寬，在Doherty放大器對直通信號進行功率放大之 前調整峰值放大器中微波功率晶體管的柵極電壓，以調整峰值放大器的工作狀態。由于在 通信系統中射頻信號的帶寬是實時變化的，而且經過預失真電路后的寬帶信號在峰值放大 器為丙類工作狀態時經過Doherty放大器放大后會產生嚴重失真，所以通過調整峰值放大 器的工作狀態，當射頻信號為寬帶信號時適當犧牲Doherty放大器的效率以換取其更好的 線性特性。這樣預失真電路無需按照最大帶寬要求設計，從而減小預失真電路的設計和制 造成本，進一步地減小整個功放系統的設計和制造成本。 【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0009] 圖1為本發明一種高效率線性功放系統結構示意圖；
[0010] 圖2為本發明一種高效率線性功放系統的實現方法的流程圖。 【【具體實施方式】】
[0011] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一 步地詳細描述。
[0012] 請參閱圖1，其是本發明一種高效率線性功放系統結構示意圖。
[0013] 一種高效率線性功放系統，包括耦合電路101、預失真電路102、信號帶寬識別電 路103、控制單元104以及Doherty放大器105,所述Doherty放大器105至少包括一個峰 值放大器1053,所述Doherty放大器105進一步地，還包括功分電路、載波放大器以及高效 率合路電路，所述峰值放大器1053至少包括一個微波功率晶體管，所述耦合電路101包括 射頻輸入端、直通輸出端以及耦合輸出端。
[0014] 通過調整所述微波功率晶體管的柵極電壓，可調整所述峰值放大器1053的工作 狀態，從而調整Doherty放大器的效率。
[0015] 所述射頻輸入端用于輸入射頻信號，所述直通輸出端與預失真電路102的輸入端 連接，所述預失真電路102的輸出端與所述Doherty放大器105的輸入端連接；
[0016] 所述耦合輸出端與信號帶寬識別電路103的輸入端相連，所述信號帶寬識別電路 103的輸出端與控制單元104的輸入端相連，所述控制單元104的輸出端與所述峰值放大器 1053中微波功率晶體管的柵極相連。
[0017] 所述射頻信號通過所述射頻輸入端輸入至所述耦合電路101，并通過耦合電路 101將射頻信號分為通過直通輸出端輸出的直通信號和通過耦合輸出端輸出的耦合信號， 所述直通信號的帶寬和耦合信號的帶寬與射頻信號的帶寬相同。
[0018] 所述直通信號經過預失真電路102進行預失真處理后輸入至所述Doherty放大器 105進行功率放大。所述預失真電路102為以下電路的一種或者多種：前饋預失真電路、模 擬預失真電路、射頻預失真電路和數字預失真電路。
[0019] 與此同時，所述耦合信號經過信號帶寬識別電路103后，所述信號帶寬識別電路 103輸出射頻信號的瞬時帶寬至控制單元104,該控制單元104根據所述瞬時帶寬調整所述 峰值放大器1053中微波功率晶體管的柵極電壓，以調整峰值放大器1053的工作狀態。
[0020] 由于直通信號和耦合信號的帶寬相同，所述信號帶寬識別電路103接收到耦合信 號后，可以直接輸出耦合信號的帶寬作為直通信號的瞬時帶寬，也可輸出耦合信號的帶寬 等級作為直通信號的瞬時帶寬。
[0021] 當所述耦合信號為窄帶信號時，控制單元104將所述微波功率晶體管的柵極電壓 調整為該峰值放大器1053工作在丙類工作狀態時的電壓。
[0022] 當所述耦合信號為寬帶信號時，控制單元104將所述微波功率晶體管的柵極電壓 調整為該峰值放大器1053工作在甲乙類工作狀態時的電壓。
[0023] 本發明通過耦合電路101將射頻信號分為直通信號和耦合信號，直通信號經過預 失真處理直接輸入到Doherty放大器105進行功率放大，與此同時，信號帶寬識別電路103 識別耦合信號的瞬時帶寬并輸出瞬時帶寬，控制單元104根據該瞬時帶寬，在Doherty放大 器對直通信號進行功率放大之前調整峰值放大器1053中微波功率晶體管的柵極電壓，以 調整峰值放大器的工作狀態。由于在通信系統中射頻信號的帶寬是實時變化的，而且經過 預失真電路后的寬帶信號在峰值放大器為丙類工作狀態時通過Doherty放大器放大會仍 然產生嚴重失真，所以通過調整峰值放大器的工作狀態，當射頻信號為寬帶信號時適當犧 牲Doherty放大器的效率以換取其更好的線性特性。這樣預失真電路無需按照最大帶寬要 求設計，從而減小預失真電路的設計和制造成本，進一步地減小整個功放系統的設計和制 造成本。
[0024] 在另一個實施例，實施例二中，其具體電路參照實施例一和圖1，在上述控制單元 104根據所述瞬時帶寬調整所述微波功率晶體管的柵極電壓，以調整峰值放大器1053的工 作狀態步驟中，優選地采用如下方式：
[0025] 如果所述瞬時帶寬大于或等于系統設定最高閾值，則所述控制單元104將所述微 波功率晶體管的柵極電壓調整為該峰值放大器1053工作在甲乙類工作狀態時的電壓。
[0026] 在本實施例中，所述信號帶寬識別電路103接收到耦合信號后，直接輸出耦合信 號的瞬時帶寬作為直通信號的瞬時帶寬，控制單元104接收到所述瞬時帶寬后，將所述瞬 時帶寬與系統設定的最高閾值進行比較，如果射頻信號的帶寬大于或等于系統設定最高閾 值時，則判定射頻信號在此時刻為寬帶信號，所以所述控制單元104將所述微波功率晶體 管的柵極電壓調整為該峰值放大器1053工作在甲乙類工作狀態時的電壓。
[0027] 由于直通信號與耦合信號的帶寬一致，如果所述瞬時帶寬大于或等于系統設定的 最高閾值，則說明該直通信號帶寬較大，如果峰值放大器1053不是工作在甲乙類工作狀 態則該直通信號經過Doherty放大器105進行功率放大后會產生嚴重的失真，為保證經 過Doherty放大器105進行功率放大后的直通信號有良好的線性特征，必須將峰值放大器 1053調整至甲乙類工作狀態，即所述控制單元104將所述微波功率晶體管的柵極電壓調整 為該峰值放大器1053工作在甲乙類工作狀態時的電壓。
[0028] 進一步地，如果所述瞬時帶寬小于系統設定最高閾值，所述控制單元104將所述 微波功率晶體管的柵極電壓調整為該峰值放大器1053介于甲乙類工作狀態和丙類工作狀 態之間的電壓。
[0029] 由于峰值放大器1053默認是工作在丙類工作狀態，如果耦合信號的瞬時帶寬小 于系統設定的最高閾值，則該直通信號經過Doherty放大器105后會產生一定程度的失真， 為保證經過Doherty放大器105進行功率放大后的直通信號有良好的線性特征，此時將峰 值放大器1053調整至介于甲乙類工作狀態和丙類工作狀態的工作狀態，即控制單元104將 所述微波功率晶體管的柵極電壓調整為該峰值放大器1053介于甲乙類工作狀態和丙類工 作狀態之間的電壓。
[0030] 更進一步地，如果所述瞬時帶寬小于或等于系統設定最低閾值時，所述控制單元 104將所述微波功率晶體管的柵極電壓調整為該峰值放大器1053工作在丙類工作狀態時 的電壓。
[0031] 由于直通信號與耦合信號的帶寬一致，如果耦合信號的瞬時帶寬小于或等于系統 設定的最低閾值，則說明該直通信號屬于窄帶信號，在峰值放大器1053介于甲乙類工作狀 態和丙類工作狀態的工作狀態時該直通信號經過Doherty放大器105進行功率放大后能夠 保持良好的線性特征，為進一步提高Doherty放大器105的效率，此時將峰值放大器調整至 丙類工作狀態，即所述控制單元104將所述微波功率晶體管的柵極電壓調整為該峰值放大 器1053工作在丙類工作狀態時的電壓。
[0032] 請參閱圖2,其是本發明一種高效率線性功放系統的實現方法的流程圖。
[0033] -種高效率線性功放系統的實現方法的流程圖，包括步驟：
[0034] S201 :將射頻信號分為直通信號和稱合信號；
[0035] 所述直通信號和耦合信號的帶寬等與射頻信號都相同，且所述直通信號的波形和 帶寬與射頻信號相同。
[0036] S202 :將所述直通信號經過預失真處理后輸入至Doherty放大器進行功率放大；
[0037] 將直通信號進行預失真處理，所述預失真處理可以為以下方式的一種或者多種： 前饋預失真、模擬預失真、射頻預失真和數字預失真。
[0038] 直通信號進行預失真處理后，輸入至Doherty放大器，并由Doherty放大器對其進 行功率放大。
[0039] S203 :獲取所述耦合信號的瞬時帶寬，并根據該瞬時帶寬調整峰值放大器中微波 功率晶體管的柵極電壓，以改變所述峰值放大器的工作狀態。
[0040] 所述Doherty放大器至少包括一個峰值放大器，通過調整峰值放大器的工作狀態 可以調節Doherty放大器的效率。
[0041] 所述峰值放大器至少包括一個微波功率晶體管，通過調整所述微波功率晶體管的 柵極電壓，可以改變所述峰值放大器的工作狀態，進而調節Doherty放大器的效率。
[0042] 獲取所述耦合信號的瞬時帶寬，由于耦合信號的帶寬和直通信號的帶寬一致，所 以根據所述瞬時帶寬在對直通信號放大的同時調整峰值放大器中微波功率晶體管的柵極 電壓，以改變所述峰值放大器的工作狀態。
[0043]當所述耦合信號為窄帶信號時，將所述微波功率晶體管的柵極電壓調整為該峰值 放大器工作在丙類工作狀態時的電壓。
[0044] 當所述耦合信號為寬帶信號時，將所述微波功率晶體管的柵極電壓調整為該峰值 放大器工作在甲乙類工作狀態時的電壓。
[0045] 本發明通過將射頻信號分為直通信號和耦合信號，直通信號經過預失真處理后直 接輸入到Doherty放大器進行功率放大，與此同時，獲取所述耦合信號的瞬時帶寬，并根據 該瞬時帶寬調整Doherty放大器內峰值放大器中微波功率晶體管的柵極電壓，以調整峰值 放大器的工作狀態。由于在通信系統中射頻信號的帶寬是實時變化的，而且Doherty放大 器中的峰值放大器一般是工作在丙類工作狀態，所以經過預失真處理后的寬帶信號在峰值 放大器為丙類工作狀態時的Doherty放大器會仍然產生嚴重失真，通過調整峰值放大器的 工作狀態，當射頻信號為寬帶信號時適當犧牲Doherty放大器的效率以換取其更好的線性 特性。這樣預失真處理所用的預失真電路無需按照最大帶寬要求設計，從而減小預失真電 路的設計和制造成本，進一步地減小整個功放系統的設計和制造成本。
[0046] 在另一個實施例中，上述步驟S203中，根據該瞬時帶寬調整Doherty放大器中微 波功率晶體管的柵極電壓，以改變所述峰值放大器的工作狀態的步驟，具體包括：
[0047] S301 :如果所述瞬時帶寬大于或等于系統設定最高閾值，則將所述微波功率晶體 管的柵極電壓調整為該峰值放大器工作在甲乙類工作狀態時的電壓。
[0048] 所述瞬時帶寬大于或等于系統設定最高閾值時，則說明直通信號在此時刻為寬帶 信號，如果峰值放大器工作在不是在甲乙類工作狀態則該射頻信號經過Doherty放大器后 會產生嚴重的失真，為保證經過Doherty放大器后的射頻信號有良好的線性特征，此時必 須將峰值放大器調整至甲乙類工作狀態，即把所述微波功率晶體管的柵極電壓調整為該峰 值放大器工作在甲乙類工作狀態時的電壓。
[0049] 在另一個實施例中，在上述步驟S301之后還進一步包括步驟：
[0050] S302:如果所述帶寬小于系統設定最高閾值，則將所述微波功率晶體管的柵極電 壓調整為該峰值放大器介于甲乙類工作狀態和丙類工作狀態之間的電壓。
[0051] 由于峰值放大器默認是工作在丙類工作狀態，如果所述瞬時帶寬小于系統設定 的最高閾值，則該直通信號經過Doherty放大器后會產生一定程度的失真，為保證經過 Doherty放大器后的直通信號有良好的線性特征，此時將峰值放大器調整至介于甲乙類工 作狀態和丙類工作狀態之間的工作狀態，即將所述微波功率晶體管的柵極電壓調整為該峰 值放大器介于甲乙類工作狀態和丙類工作狀態之間的電壓。
[0052] 在另一個實施例中，上述步驟S302之后還進一步包括步驟：
[0053] S303:如果所述瞬時帶寬小于或等于系統設定最低閾值，則將所述微波功率晶體 管的柵極電壓調整為該峰值放大器工作在丙類工作狀態時的電壓。
[0054] 如果耦合信號的瞬時帶寬小于或等于系統設定的最低閾值，則說明直通信號屬于 窄帶信號，在峰值放大器介于甲乙類工作狀態和丙類工作狀態的工作狀態時該直通信號經 過Doherty放大器后能夠保持良好的線性特征，為進一步提高Doherty放大器的效率，此時 將峰值放大器調整至丙類工作狀態，即將所述微波功率晶體管的柵極電壓調整為該峰值放 大器工作在丙類工作狀態時的電壓。
[0055] 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，但并 不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于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，這些都屬于本發明的保 護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1. 一種高效率線性功放系統，其特征在于，包括耦合電路、預失真電路、信號帶寬識別 電路、控制單元以及Doherty放大器，所述Doherty放大器至少包括一個峰值放大器，所述 峰值放大器至少包括一個微波功率晶體管，所述耦合電路包括射頻輸入端、直通輸出端以 及奉禹合輸出端； 所述射頻輸入端用于輸入射頻信號，所述直通輸出端與預失真電路的輸入端連接，所 述預失真電路的輸出端與所述Doherty放大器的輸入端連接； 所述耦合輸出端與信號帶寬識別電路的輸入端相連，所述信號帶寬識別電路的輸出端 與控制單元的輸入端相連，所述控制單元的輸出端與所述微波功率晶體管的柵極相連； 所述射頻信號通過所述射頻輸入端輸入至所述耦合電路，并通過耦合電路將射頻信號 分為通過直通輸出端輸出的直通信號和通過耦合輸出端輸出的耦合信號，所述直通信號經 過預失真電路進行預失真處理后輸入至所述Doherty放大器進行功率放大； 所述耦合信號經過信號帶寬識別電路后，所述信號帶寬識別電路輸出射頻信號的瞬時 帶寬至控制單元，該控制單元根據所述瞬時帶寬調整所述微波功率晶體管的柵極電壓，以 調整峰值放大器的工作狀態。
2. 根據權利要求1所述的高效率線性功放系統，其特征在于，如果所述瞬時帶寬大于 或等于系統設定最高閾值，則所述控制單元將所述微波功率晶體管的柵極電壓調整為該峰 值放大器工作在甲乙類工作狀態時的電壓。
3. 根據權利要求1所述的高效率線性功放系統，其特征在于，如果所述瞬時帶寬小于 系統設定最高閾值，則所述控制單元將所述微波功率晶體管的柵極電壓調整為該峰值放大 器工作在介于甲乙類工作狀態和丙類工作狀態之間的電壓。
4. 根據權利要求3所述的高效率線性功放系統，其特征在于，如果所述瞬時帶寬小于 或等于系統設定最低閾值，則所述控制單元將所述微波功率晶體管的柵極電壓調整為該峰 值放大器工作在丙類工作狀態時的電壓。
5. 根據權利要求1所述的高效率線性功放系統，其特征在于，所述預失真電路為以下 電路的一種或者多種：前饋預失真電路、模擬預失真電路、射頻預失真電路和數字預失真電 路。
6. -種高效率線性功放系統的實現方法，其特征在于，包括步驟： 將射頻信號分為直通信號和耦合信號； 將所述直通信號經過預失真處理后輸入至Doherty放大器進行功率放大； 獲取所述耦合信號的瞬時帶寬，并根據該瞬時帶寬調整峰值放大器中微波功率晶體管 的柵極電壓，以改變所述峰值放大器的工作狀態。
7. 根據權利要求6所述的高效率線性功放系統的實現方法，其特征在于，所述根據該 瞬時帶寬調整峰值放大器中微波功率晶體管的柵極電壓步驟具體包括： 如果所述瞬時帶寬大于或等于系統設定最高閾值，將所述微波功率晶體管的柵極電壓 調整為該峰值放大器工作在甲乙類工作狀態時的電壓。
8. 根據權利要求6所述的高效率線性功放系統的實現方法，其特征在于，進一步地還 包括步驟： 如果所述瞬時帶寬小于系統設定最高閾值，將所述微波功率晶體管的柵極電壓調整為 該峰值放大器工作在介于甲乙類工作狀態和丙類工作狀態之間的電壓。
9. 根據權利要求8所述的高效率線性功放系統的實現方法，其特征在于，進一步地還 包括步驟： 如果所述瞬時帶寬小于或等于系統設定最低閾值，將所述微波功率晶體管的柵極電壓 調整為該峰值放大器工作在丙類工作狀態時的電壓。
10. 根據權利要求6所述的高效率線性功放系統的實現方法，其特征在于，所述預失真 處理為以下方式的一種或者多種：前饋預失真、模擬預失真、射頻預失真和數字預失真。
【文檔編號】H03F1/07GK104052410SQ201410301504
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月27日 優先權日:2014年6月27日
【發明者】林錫貴, 李娣, 張占勝, 樊奇彥, 謝路平, 張暉, 劉江濤, 曹松, 閆書保 申請人:京信通信系統（中國）有限公司