一种提高功率放大器线性度和效率的方法及系统与流程

本发明涉及射频微波通信，特别涉及一种提高功率放大器线性度和效率的方法及系统。

背景技术：

1、在现代无线通信系统中，功率放大器是射频前端的核心组件，其性能直接决定通信链路质量、设备功耗及散热设计。随着第五代移动通信及第六代移动通信预研向大带宽、高频段及高阶调制方向发展，射频信号的峰均比显著升高，对功率放大器提出了同时兼顾高效率与高线性度的严苛要求。传统线性功放为保证信号无失真，通常工作在深度功率回退状态，导致附加效率极低，功耗大且散热负担重。doherty架构仅在峰值功率附近具备高效率，在通信系统常用的中低功率区间效率衰减严重，宽带适配性较差。单独采用包络跟踪技术虽能提升效率，但对器件线性度要求高，线性余量不足。单独采用静态偏置或模拟线性化技术无法适配信号功率的动态变化。数字预失真技术算法复杂、算力消耗大、硬件成本高，且无法从根本上解决能效短板。此外，现有架构多为特定频段或特定器件定制设计，更换应用场景需重新设计电路，导致研发周期长、硬件复用率低。因此，急需一种能够打破频段与器件局限，同时实现全功率区间高效率与高线性度的通用型功放技术方案。

技术实现思路

1、本发明的主要目的为提供一种提高功率放大器线性度和效率的方法及系统，通过双路径信号分配、包络跟踪供电动态调节、输出功率等级检测反馈以及静态工作点分级调节的协同控制，以实现功率放大器在全功率区间内兼顾高效率与高线性度的通用化放大目的。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种提高功率放大器线性度和效率的方法，包括以下步骤：

3、获取射频输入信号，并将所述射频输入信号分配为主路径信号和辅助路径信号；

4、根据所述射频输入信号的瞬时包络，实时动态调节主放大路径中的放大器件和辅助放大路径中的放大器件的供电电压，并利用调节后的供电电压，对所述主路径信号进行主力功率放大，获得主放大路径信号，对所述辅助路径信号进行用于线性补偿和效率增强的辅助放大，获得辅助放大路径信号；

5、分别检测所述主放大路径信号和所述辅助放大路径信号的功率等级，并基于所述功率等级对应的功率等级分级，生成静态工作点调节指令；

6、响应于所述静态工作点调节指令，分级调节产生所述主放大路径信号的放大器件和产生所述辅助放大路径信号的放大器件的静态工作点；

7、在调节后的静态工作点下，将所述主放大路径信号与所述辅助放大路径信号进行功率合成，输出经线性化处理后的射频信号。

8、进一步地，将所述射频输入信号分配为主路径信号和辅助路径信号的步骤，包括：

9、获取所述射频输入信号的功率等级；

10、根据所述功率等级确定主放大路径与辅助放大路径的目标功率分配比例；

11、按照所述目标功率分配比例将所述射频输入信号分配为主路径信号和辅助路径信号。

12、进一步地，根据所述射频输入信号的瞬时包络，实时动态调节主放大路径中的放大器件和辅助放大路径中的放大器件的供电电压的步骤，包括：

13、提取所述射频输入信号的瞬时包络幅值；

14、将所述瞬时包络幅值与预设的电压映射关系进行比对，生成动态供电电压参考值；

15、根据所述动态供电电压参考值输出跟随所述瞬时包络变化的供电电压至所述主放大路径中的放大器件和所述辅助放大路径中的放大器件。

16、进一步地，对所述主路径信号进行主力功率放大，获得主放大路径信号的步骤，包括：

17、将主功率放大管配置为第一工作模式；

18、将所述主路径信号经主输入匹配网络输入至所述主功率放大管进行功率放大；

19、将所述主功率放大管放大后的信号经主输出匹配网络输出，获得主放大路径信号。

20、进一步地，对所述辅助路径信号进行用于线性补偿和效率增强的辅助放大，获得辅助放大路径信号的步骤，包括：

21、将辅助功率放大管配置为第二工作模式；

22、将所述辅助路径信号经辅输入匹配网络输入至所述辅助功率放大管进行功率放大；

23、将所述辅助功率放大管放大后的信号经辅输出匹配网络输出，获得辅助放大路径信号。

24、进一步地，分别检测所述主放大路径信号和所述辅助放大路径信号的功率等级，并基于所述功率等级对应的功率等级分级，生成静态工作点调节指令的步骤，包括：

25、分别采集所述主放大路径信号和所述辅助放大路径信号的功率检测值；

26、将所述功率检测值与预设的低功率阈值和中功率阈值进行比较，判断当前功率等级所属的功率区间，所述功率区间包括低功率区间、中功率区间和峰值功率区间；

27、根据判断结果生成对应所述功率区间的静态工作点调节指令。

28、进一步地，响应于所述静态工作点调节指令，分级调节产生所述主放大路径信号的放大器件和产生所述辅助放大路径信号的放大器件的静态工作点的步骤，包括：

29、获取所述静态工作点调节指令对应的功率区间；

30、根据所述功率区间确定偏置电压的调节等级；

31、按照所述调节等级分别调整产生所述主放大路径信号的放大器件和产生所述辅助放大路径信号的放大器件的偏置电压。

32、进一步地，按照所述调节等级分别调整偏置电压的步骤，还包括：

33、当所述功率区间为低功率区间时，降低产生所述主放大路径信号的放大器件和产生所述辅助放大路径信号的放大器件的偏置电压；

34、当所述功率区间为中功率区间时，提升所述偏置电压；

35、当所述功率区间为峰值功率区间时，将所述偏置电压调节至满偏置状态。

36、进一步地，将所述主放大路径信号与所述辅助放大路径信号进行功率合成的步骤，包括：

37、检测所述主放大路径信号与所述辅助放大路径信号之间的相位差；

38、根据检测到的相位差确定延时补偿量；

39、根据所述延时补偿量对所述辅助路径信号进行延时补偿，使所述主放大路径信号与所述辅助放大路径信号在功率合成时相位同步。

40、本发明还提供一种提高功率放大器线性度和效率的系统，包括：

41、射频分配模块，用于获取射频输入信号，并将所述射频输入信号分配为主路径信号和辅助路径信号；

42、射频放大模块，用于根据所述射频输入信号的瞬时包络，实时动态调节主放大路径中的放大器件和辅助放大路径中的放大器件的供电电压，并利用调节后的供电电压，对所述主路径信号进行主力功率放大，获得主放大路径信号，对所述辅助路径信号进行用于线性补偿和效率增强的辅助放大，获得辅助放大路径信号；

43、信号调节模块，用于分别检测所述主放大路径信号和所述辅助放大路径信号的功率等级，并基于所述功率等级对应的功率等级分级，生成静态工作点调节指令；

44、偏置控制模块，用于响应于所述静态工作点调节指令，分级调节产生所述主放大路径信号的放大器件和产生所述辅助放大路径信号的放大器件的静态工作点；

45、合成输出模块，用于在调节后的静态工作点下，将所述主放大路径信号与所述辅助放大路径信号进行功率合成，输出经线性化处理后的射频信号。

46、本发明提供的提高功率放大器线性度和效率的方法及系统，具有以下有益效果：

47、本发明通过包络跟踪，根据射频输入信号的瞬时包络实时动态调节放大器件的供电电压，改善了传统功率放大器在中低功率回退区间附加效率过低的问题，使放大器件在全功率范围内保持较高的能量转换效率；通过双路径协同放大，主放大路径采用ab类模式承担主力功率输出，辅助放大路径采用a类模式承担线性补偿任务，两路信号在功率合成时相互配合，有效降低输出信号的非线性失真分量，减少了对复杂数字预失真算法的依赖；还通过功率检测单元实时采集输出信号的功率等级，并结合动态偏置控制模块进行分级调节，在低功率区间主动降低偏置电压以减小静态电流和功耗，在中功率区间适度提升偏置电压以开启主辅协同工作，在峰值功率区间将偏置电压调节至满偏置状态以保证信号无失真放大，实现了静态工作点随输出功率等级的自适应优化。此外，本发明采用模块化设计，主放大链路和辅助放大链路中的功率放大器件及匹配网络可根据工作频段和功率等级进行替换，同一套架构能够适配300mhz至100ghz频段范围内的多种应用场景，避免针对不同频段重复设计电路，降低了研发成本和硬件复用难度。