一種基于自適應功率放大器模塊的通信裝置的制作方法

本發明涉及功率放大器，尤其是涉及一種基于自適應功率放大器模塊的通信裝置。

背景技術：

1、射頻功率放大器（rf?pa）是無線通信發射系統中的關鍵部分，其主要功能是將調制振蕩電路產生的小功率射頻信號放大，以便獲得足夠的射頻輸出功率，饋送到天線上輻射出去。射頻功率放大器的設計重點在于提高輸出功率和效率。一般使用lc諧振回路來實現不失真放大，并盡量減小輸出中的諧波分量，以避免對其他頻道產生干擾。

2、許多傳統的功率放大器在放大信號時效率不高，尤其是在處理非線性信號時。這意味著它們在轉換能量時會浪費大量電能，產生熱量，這降低了整體系統的能源效率。

3、在無線通信系統中，功率放大器的線性度非常重要。非線性放大會導致信號失真，產生諧波和互調產物，這些會干擾其他通信頻道，降低通信質量。

4、由于功率放大器的效率不高，它們在運行過程中會產生大量熱量。如果不有效地管理這些熱量，可能會導致設備過熱，降低性能，甚至損壞放大器。

5、在高溫和變化的操作條件下，功率放大器的可靠性可能會降低，這可能導致系統故障和維修成本增加。

技術實現思路

1、為了解決上述傳統的功率放大器的技術問題，本發明提供一種基于自適應功率放大器模塊的通信裝置。采用如下的技術方案：

2、一種基于自適應功率放大器模塊的通信裝置，包括射頻信號輸入模塊、射頻信號處理分析模塊、基于芯片控制的階梯式自適應功率放大器模塊和射頻信號發射模塊；

3、所述射頻信號處理分析模塊分別與射頻信號輸入模塊、階梯式自適應功率放大器模塊和射頻信號發射模塊通信連接，采集和分析輸入信號參數、發射信號參數和功率放大參數，基于功率附加效率和放大器線性度指標為優化目標，向階梯式自適應功率放大器模塊交互基于梯度下降法的功率放大策略指令，所述階梯式自適應功率放大器模塊與射頻信號處理分析模塊通信連接，執行基于梯度下降法的功率放大策略指令，基于射頻信號處理分析模塊的每個調整時間后的功率附加效率和放大器線性度優化反饋值，實現最優的功率附加效率和放大器線性度優化調整，所述射頻信號發射模塊與階梯式自適應功率放大器模塊的信號輸出端通信連接，發射放大后的射頻信號。

4、通過采用上述技術方案，射頻信號處理分析模塊的作用是對輸入信號參數、發射信號參數和功率放大參數進行采集和分析，在對一個相對穩定的輸入信號源進行功率放大的任務中，首先需要控制基于階梯式自適應功率放大器模塊按照最大放大功率進行初始運行，在運行過程中，射頻信號處理分析模塊還需要采集階梯式自適應功率放大器模塊和射頻信號發射模塊的發射信號參數和功率放大參數，執行基于梯度下降法的功率放大策略指令，按照階梯式自適應功率放大器模塊可以提供的放大功率進行依次下降，來尋找功率附加效率和放大器線性度的最優平衡點，從而使射頻信號發射模塊發射的射頻放大信號穩定，強度適中，且功率放大器本身的熱損耗、功率附加效率和放大器線性度處于平衡點位置，提升通信裝置的可靠性。

5、可選的，所述射頻信號處理分析模塊包括lna低噪聲放大器、緩存器和數據分析芯片，所述lna低噪聲放大器的輸入端與射頻信號輸入模塊通信交互輸入射頻信號，緩存器的數據輸入端與lna低噪聲放大器的數據輸出端通信連接，所述數據分析芯片分別與緩存器、階梯式自適應功率放大器模塊和射頻信號發射模塊通信連接，基于降噪處理后的射頻輸入信號和放大后的射頻發射信號進行優化分析，并與階梯式自適應功率放大器模塊通信交互功率放大策略指令。

6、通過采用上述技術方案，lna低噪聲放大器能盡可能將接收到的輸入信號進行降噪，且對微弱的輸入信號有一定的信號放大作用；

7、lna低噪聲放大器還提供一定的保護作用，例如在輸入信號過強時，lna可能會自動飽和，從而防止信號過載，保護后續電路免受損壞。

8、數據分析芯片可以基于設置的分析邏輯對輸入信號、輸出信號和放大器的階梯式自適應功率放大器模塊的功率附加效率和放大器線性度來進行分析，制定功率放大策略指令，并與階梯式自適應功率放大器模塊通信交互功率放大策略指令，在階梯式自適應功率放大器模塊執行功率放大策略指令后進行后續監測，當輸入信號或輸出信號出現大幅變化時，進行實時的功率放大策略的調整。

9、可選的，數據分析芯片的優化分析目標是功率附加效率和線性度指標處于平衡點，其中功率附加效率pae的計算公式是：

10、；

11、其中是輸出功率，是輸入功率，是供電功率；

12、線性度指標x的計算公式是：

13、；

14、其中是三階校調失真值，a是三階校調失真權重，acpr是相鄰通道功率比acpr，b是相鄰通道功率比權重；

15、三階校調失真值的計算公式是：

16、；

17、相鄰通道功率比acpr的計算公式是：

18、；

19、其中是三階交調失真的功率，是晶體管放大信號功率，是相鄰通道的功率；

20、優化目標為最大化pae同時保持和acpr在設定范圍內，且值小于線性度閾值

21、通過采用上述技術方案，在設計功率階梯時，找到放大器線性度和效率之間的平衡點涉及多個參數和優化目標。

22、功率附加效率pae是衡量放大器效率的一個關鍵指標，其優化目標是盡可能的最大化；功率附加效率pae其數值的高低直接反映了放大器在將輸入功率轉換為輸出功率時的效率。pae越高，說明放大器在轉換功率時的效率越高，這意味著在相同條件下，能夠提供更多的有用信號功率，同時減少無謂的能量損耗，這對于提高系統整體效率和性能至關重要。

23、在設計放大器電路時，pae與線性度往往相互抵觸，因此必須根據系統的具體要求進行適當的pae取舍。在振幅較低時，pae可能會降低，甚至低至整體的一半，而pae的最高值則出現在振幅最高的時候。這表明在設計和優化放大器時，需要找到一個平衡點，使得在保證一定線性度的同時，盡可能提高功率附加效率。

24、線性度通過分析三階交調失真值和相鄰通道功率比acpr的反饋值來確定。

25、可選的，優化目標的公式表達為：

26、；

27、；

28、；

29、。

30、通過采用上述技術方案，優化目標可以基于為了自動找到平衡點，可以使用以下優化算法：

31、梯度下降法：適用于連續可微的優化問題。

32、遺傳算法：適用于全局優化問題，特別是當目標函數是非線性和多模態時。

33、粒子群優化：一種基于群體智能的優化工具，適用于尋找全局最優解。

34、可選的，階梯式自適應功率放大器模塊包括三個偏置電阻r1、r2、r3、偏置電壓源bias、三個放大器晶體管q1、q2、q3、三個電控晶體管接入開關s1、s2、s3、主控芯片ic和放大器負載l，三個偏置電阻r1、r2、r3分別用于設置晶體管的靜態工作點，偏置電壓源bias用于提供適當的偏置電流，三個放大器晶體管q1、q2、q3的放大倍數范圍呈階梯遞增，數據分析芯片分別與q1、q2、q3、主控芯片ic與通信連接，主控芯片ic分別控制三個電控晶體管接入開關s1、s2、s3的執行動作，使三個放大器晶體管q1、q2、q3的其中一個運行、任意兩個組合運行或三個同時運行，旁路電容c用于穩定偏置電路，放大器負載l用于平衡放大器的熱損耗。

35、通過采用上述技術方案，選擇適當的r1,?r2,?r3值，以確保晶體管q1在ab類工作模式下工作。選擇合適的bias電壓，確保晶體管在整個工作范圍內線性工作。

36、確保偏置電阻的值足夠大，以避免晶體管工作在極值或飽和區。

37、在工作時，主控芯片ic根據數據分析芯片的分析結果來控制三個電控晶體管接入開關s1、s2、s3的執行動作，使三個放大器晶體管q1、q2、q3的其中一個運行、任意兩個組合運行或三個同時運行，從而實現多階梯的放大增益結果，最終達到最大化pae同時保持和acpr在設定范圍內，且值小于線性度閾值的優化結果，實現自適應的功率放大。

38、可選的，放大器晶體管q1是高增益高線性度，增益范圍是45db-55db；

39、放大器晶體管q2是中等增益中等線性度，增益范圍是25db-35db；

40、放大器晶體管q3是低增益高線性度，增益范圍是5db-15db；

41、三個放大器晶體管q1、q2、q3的工作頻率相同。

42、可選的，三個電控晶體管接入開關s1、s2、s3分別是mos管。

43、通過采用上述技術方案，mos管可以基于控制指令實現信號控制下的通斷。

44、可選的，階梯式自適應功率放大器模塊設有外部功率選擇開關s4，所述s4與主控芯片ic通信連接，用于主動指定信號放大倍率。

45、通過采用上述技術方案，外部功率選擇開關s4可以在設備使用過程中為專業的使用者提供一個可以手動選擇的增益倍數開關，默認檔位時自適應調節檔位，可以是旋鈕開關的形式。

46、可選的，還包括溫度報警模塊，所述溫度報警模塊用于檢測階梯式自適應功率放大器模塊的溫度，并與主控芯片ic通信連接，當判斷溫度大于設定溫度閾值時報警，與主控芯片ic交互超溫信號，主控芯片ic控制放大器晶體管q3單獨工作。

47、通過采用上述技術方案，溫度報警模塊可以與檢測階梯式自適應功率放大器模塊進行聯動控制，避免自適應功率調整過程中設備異常高溫導致影響設備正常使用。

48、綜上所述，本發明包括以下至少一種有益技術效果：

49、本發明能提供一種基于自適應功率放大器模塊的通信裝置，射頻信號處理分析模塊的作用是對輸入信號參數、發射信號參數和功率放大參數進行采集和分析，首先需要控制基于階梯式自適應功率放大器模塊按照最大放大功率進行初始運行，在運行過程中，射頻信號處理分析模塊還需要采集階梯式自適應功率放大器模塊和射頻信號發射模塊的發射信號參數和功率放大參數，執行基于梯度下降法的功率放大策略指令，按照階梯式自適應功率放大器模塊可以提供的放大功率進行依次下降，來尋找功率附加效率和放大器線性度的最優平衡點，從而使射頻信號發射模塊發射的射頻放大信號穩定，強度適中，且功率放大器本身的熱損耗、功率附加效率和放大器線性度處于平衡點位置；

50、主控芯片ic根據數據分析芯片的分析結果來控制三個電控晶體管接入開關s1、s2、s3的執行動作，使三個放大器晶體管q1、q2、q3的其中一個運行、任意兩個組合運行或三個同時運行，從而實現多階梯的放大增益結果，最終達到最大化pae同時保持和acpr在設定范圍內，且值小于線性度閾值的優化結果，實現自適應的功率放大，提升通信裝置的可靠性。