一种功放阻抗自动调节电路及功放电路的制作方法

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种功放阻抗自动调节电路及功放电路。

背景技术：

功率放大器，即功放的输出功率、效率、增益及线性度等特性直接由功放输入匹配网络的源阻抗和输出匹配网络的负载阻抗决定。因此，功放的源阻抗和负载阻抗结果对功放的设计至关重要。

目前功放管性能的评估最直接的手段是采用负载牵引(Load pull)测试系统进行。负载调节器(Tuner)结合信号源、推动放大器、功率计及频谱仪器等射频仪器构成的Load pull测试系统为功放管提供不同特性下(功率、效率、增益及线性度等)的源阻抗和负载阻抗。负载牵引测试获得的结果直接用于功放管性能评估及功放电路设计。但是Load pull测试系统价格昂贵，很多公司望而止步。此外，在某些特殊场合，需要功放电路能够输出不同特性，传统的功放电路具有固定阻抗的输入匹配网络和输出匹配网路，难以满足针对不同应用的不同性能切换。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提出一种功放阻抗自动调节电路及功放电路，自动调节功放的输入匹配网络的源阻抗和输出匹配网络的负载阻抗，节约功放管性能评估成本，同时这种功放电路可以根据需要自动调节功放的输出状态。。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种功放阻抗自动调节电路，包括单片机、预设检测单元、第一程控电源、可调输入匹配网络、第二程控电源和可调输出匹配网络；

所述可调输入匹配网络用于为功放管提供源阻抗；

所述可调输出匹配网络用于为所述功放管提供负载阻抗；

所述可调输入匹配网络和所述可调输出匹配网络均包括匹配电感和压控可调电容；

所述单片机被配置用于：

控制所述第一程控电源调节所述可调输入匹配网络，并控制所述第二程控电源调节所述可调输出匹配网络；根据所述预设检测单元检测射频输入和/或射频输出的检测结果，确定目标特性；调节功放输出特性至所述目标特性。

另一方面，本发明实施例提供了一种功放电路，包括上述一方面所述的功放阻抗自动调节电路；

所述可调输入匹配网络的一端连接射频输入耦合器的输出端，另一端通过栅极偏置电路连接至功放管的栅极；

所述射频输入耦合器的耦合端连接所述第一检测单元；

所述可调输出匹配网络的一端连接射频输出耦合器的输入端，另一端通过漏极偏置电路连接至所述功放管的漏极；

所述射频输出耦合器的耦合端连接所述第二检测单元。

本发明的有益效果是：本发明提供的功放阻抗自动调节电路及功放电路，单片机控制第一程控电源调节可调输入匹配网络，并控制第二程控电源调节可调输出匹配网络，即单片机通过调节第一程控电源和第二程控电源输出到可调输入匹配网络和可调输出匹配网络的电压，调节功放输入匹配网络的源阻抗和输出匹配网络的负载阻抗，使得功放输出特性发生变化；根据预设检测单元检测射频输入和/或射频输出的检测结果，确定目标特性，通过第一程控电源和第二程控电源自动调节功放的源阻抗和负载阻抗，使得功放输出特性达到目标特性。由此，本发明提供的功放阻抗调节电路节约了功放管评估成本，实现了对功放管的源阻抗和负载阻抗的自动调节。此外，该功放电路还可以用于调节功放管输出状态，以适应不同需求。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其他特征和优点，附图中：

图1是本发明实施例一提供的功放阻抗自动调节电路的示意图；

图2是本发明实施例一提供的功放电路的示意图；

图3是本发明实施例一提供的输入匹配网络的源阻抗及输出匹配网络的负载阻抗标定时的电路示意图；

图4是本发明实施例二提供的功放阻抗自动调节电路的示意图；

图5是本发明实施例二提供的功放电路的示意图；

图6是本发明实施例三提供的功放阻抗自动调节电路的示意图；

图7是本发明实施例三提供的功放电路的示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明的功放阻抗自动调节电路，包括单片机、预设检测单元、第一程控电源、可调输入匹配网络、第二程控电源和可调输出匹配网络。

其中，可调输入匹配网络用于为功放管提供源阻抗；可调输出匹配网络用于为功放管提供负载阻抗；可调输入匹配网络和可调输出匹配网络均包括匹配电感和压控可调电容；单片机被配置用于：

控制第一程控电源调节可调输入匹配网络，并控制第二程控电源调节可调输出匹配网络；根据预设检测单元检测射频输入和/或射频输出的检测结果，确定目标特性；调节功放输出特性至目标特性。

本发明可根据不同的功放输出特性，设置不同的预设检测单元，为功放提供多种匹配方式，其中，功放输出特性包括功放输出功率、功放增益、功放线性度或功放效率。具体实施例如下。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的功放阻抗自动调节电路的示意图。功放输出特性为功放输出功率或功放增益时，预设检测单元包括第一检测单元和第二检测单元。如图1所示，该功放阻抗自动调节电路包括单片机1、第一检测单元2、第一程控电源3、可调输入匹配网络4、第二检测单元5、第二程控电源6和可调输出匹配网络7。

其中，可调输入匹配网络4用于为功放管提供源阻抗；

可调输出匹配网络7用于为功放管提供负载阻抗；

第一检测单元2用于检测功放输入功率，第二检测单元5用于检测功放输出功率；可调输入匹配网络4和可调输出匹配网络7均包括匹配电感和压控可调电容。

单片机1具体用于：

根据多个预设源阻抗控制电压，控制第一程控电源3调节可调输入匹配网络4，同时根据第一检测单元2检测的功放输入功率，以及第二检测单元5检测的功放输出功率，确定第一最大功放增益；

控制第一程控电源3输出与第一最大功放增益对应的预设源阻抗控制电压；

根据多个预设负载阻抗控制电压，控制第二程控电源6调节可调输出匹配网络7，同时根据第一检测单元2检测的功放输入功率，以及第二检测单元5检测的功放输出功率，确定第二最大功放增益或最大功放输出功率；

控制第二程控电源6输出与第二最大功放增益或最大功放输出功率对应的预设负载阻抗控制电压。

其中，功放增益可由功放输出功率与功放输入功率之比得到。

本实施例中，第一检测单元2和第二检测单元5均可为功率检测模块(如功率计)，分别检测射频输入功率和射频输出功率；第一程控电源3和第二程控电源6由单片机1控制输出不同的电压，分别调节可调输入匹配网络4和可调输出匹配网络7的阻抗，以调节功放管的源阻抗和负载阻抗；单片机1根据第一检测单元2检测的功放输入功率以及第二检测单元5检测的功放输出功率，记录各功放输出功率并计算出各功放输出功率对应的功放增益，根据记录与计算结果确定目标特性(如功放输出功率或功放增益最大)；单片机1再通过调节第一程控电源3和第二程控电源6的输出电压，控制功放输出特性至上述目标特性。

示例性的，单片机1再通过调节第一程控电源3和第二程控电源6的输出电压，控制功放输出特性至上述目标特性的过程中，单片机1可根据记录的各功放输出特性与第一程控电源3和第二程控电源6输出电压的对应关系，直接调节第一程控电源3和第二程控电源6的输出电压至与目标特性对应的电压；或者，单片机1可不断调节第一程控电源3和第二程控电源6的输出电压，直至判断出功放输出特性达到目标特性。

进一步的，上述压控可调电容可以为钛酸锶钡铁电薄膜构成的可调电容器或半导体二极管构成的可调电容器。优选的，可调输入匹配网络4还包括与第一程控电源3连接的第一扼流圈，可调输出匹配网络7还包括与第二程控电源6连接的第二扼流圈，以防止射频信号进入第一程控电源和3第二程控电源6。

示例性的，如图1所示，可调输入匹配网络4包括第一扼流圈L12、第一匹配电感L11和第一压控可调电容C13；可调输出匹配网络7包括第二扼流圈L22、第二匹配电感L21和第二压控可调电容C23。上述扼流圈可实现射频信号与程控电源之间的隔离，防止射频信号进入程控电源而导致程控电源损坏。上述匹配电感可以是集总电感元件，也可是微带线和射频电容构成的模块电路。第一程控电源3和第二程控电源6输出的电压可分别调节第一压控可调电容C13和第二压控可调电容C23的电容值，进而改变可调输入匹配网络4提供的源阻抗和可调输出匹配网络7提供的负载阻抗。

进一步的，可调输入匹配网络4可包括串联的多级可调输入匹配网络，可调输出匹配网络7可包括串联的多级可调输出匹配网络，此时，第一程控电源3包括与各级可调输入匹配网络对应的第一子程控电源，第二程控电源6包括与各级可调输出匹配网络对应的第二子程控电源。由此，可增加可调输入匹配网络4与可调输出匹配网络7的带宽，扩大源阻抗和负载阻抗的调节范围。

另外，图2是本发明实施例一提供的功放电路的示意图。如图2所示，该功放电路包括本实施中的功放阻抗自动调节电路。可调输入匹配网络4的一端连接射频输入耦合器11的输出端，另一端通过栅极偏置电路9连接至功放管8的栅极；射频输入耦合器11的耦合端连接第一检测单元2；可调输出匹配网络7的一端连接射频输出耦合器12的输入端，另一端通过漏极偏置电路10连接至功放管8的漏极；射频输出耦合器12的耦合端连接第二检测单元5。

示例性的，如图2所示，上述栅极偏置电路9可包括第一偏置电感L1和第一偏置电容C1，外部电源提供栅极偏置电压VGG；漏极偏置电路10可包括第二偏置电感L2和第二偏置电容C2，外部电源提供漏极偏置电压VDD。具体的，第一偏置电容C1的一端连接第一匹配电感L11，另一端连接功放管8的栅极和第一偏置电感L1的一端，第一偏置电感L1的另一端连接栅极偏置电压VGG；第二偏置电容C2的一端连接第二匹配电感L21，另一端连接功放管8的漏极和第二偏置电感L2的一端，第二偏置电感L2的另一端连接漏极偏置电压VDD。栅极偏置电路9和漏极偏置电路10为功放管8提供静态偏置状态。本实施例的功放管8可为具有封装管壳的晶体管或具有晶体管的放大模块。

需要说明的是，单片机1在获取到功放输入功率和功放输出功率时，需根据射频输入耦合器11和射频输出耦合器12的耦合度，计算出耦合前的功放输入功率和功放输出功率。

本发明实施例一提供的功放阻自动抗调节电路及功放电路，单片机控制第一程控电源调节可调输入匹配网络，并控制第二程控电源调节可调输出匹配网络，即单片机通过调节第一程控电源和第二程控电源输出到可调输入匹配网络和可调输出匹配网络的电压，调节功放管可调输入匹配网络的源阻抗和可调输出匹配网络的负载阻抗，使得功放输出特性发生变化；根据第一检测单元检测的功放输入功率以及第二检测单元检测的功放输出功率，确定目标特性，通过第一程控电源和第二程控电源自动调节功放管的源阻抗和负载阻抗，使得功放输出特性达到目标特性。由此，本发明节约了功放管评估成本，实现了对功放的源阻抗和负载阻抗的自动调节。

进一步的，单片机1设置有预先标定的不同预设源阻抗电压下的源阻抗，以及不同预设负载阻抗电压下的负载阻抗；

相应的，单片机1还用于：

将目标特性及对应的源阻抗和负载阻抗输出至显示设备。

示例性的，可通过网络分析仪对不同预设输入匹配网络的在不同控制电压下的源阻抗，以及不同预设输出匹配网络在不同电压下的负载阻抗进行标定。具体的，如图3所示，将信号源14通过推动放大器15连接至射频输入耦合器11的输入端，将网络分析仪13的一测量端口与栅极偏置电路9连接，另一测量端口与漏极偏置电路10连接。其中，信号源14用于产生功放所需射频输入信号，推动放大器15用于放大射频输入信号，为功放管提供足够大的输入功率。在信号源无功率输出的情况下，通过单片机1根据多个预设源阻抗控制电压，依次调节第一程控电源3的输出电压，通过网络分析仪13记录第一程控电源3各输出电压下输入匹配网络的源阻抗，将第一程控电源3各输出电压与对应的源阻抗存入单片机1。再通过单片机1根据多个预设负载阻抗控制电压，依次调节第二程控电源6的输出电压，通过网络分析仪13记录第二程控电源6各输出电压下输出匹配网络的负载阻抗，将第二程控电源6各输出电压与对应的负载阻抗存入单片机1。

本实施例中，单片机1在将功放输出特性调节至最大功放输出功率或最大功放增益后，将最大功放输出功率或最大功放增益及对应的源阻抗和负载阻抗输出至显示设备，由此，可实现对功放管性能评估。

实施例二

图4是本发明实施例二提供的功放阻抗自动调节电路的示意图。如图4所示，本实施与实施例一的不同之处在于：功放输出特性为功放线性度，预设检测单元包括第一检测单元2、第二检测单元5和第三检测单元16。

第一检测单元2用于检测功放输入功率，第二检测单元5用于检测功放输出功率，第三检测单元16用于对功放的输出信号进行频域检测分析；

单片机1具体用于：

根据多个预设源阻抗控制电压，控制第一程控电源3调节可调输入匹配网络4，同时根据第一检测单元2检测的功放输入功率，以及第二检测单元5检测的功放输出功率，确定第一最大功放增益；

控制第一程控电源3输出与第一最大功放增益对应的预设源阻抗控制电压；

根据多个预设负载阻抗控制电压，控制第二程控电源6调节可调输出匹配网络7，同时根据第三检测单元16检测分析输出信号得到的频域数据，确定最小三阶互调失真或最小邻道泄漏比，其中，三阶互调失真或邻道泄漏比越小，功放线性度越好；

控制第二程控电源6输出与最小三阶互调失真或最小邻道泄漏比对应的预设负载阻抗控制电压。

其中，第三检测单元16可以为频域检测模块(如频谱分析仪)，三阶互调失真和邻道泄漏比可由频域检测模块直接测量出来。

由此，本实施例的提供的功放阻抗自动调节电路及功放电路可自动实现输入匹配网络源阻抗和输出匹配网络负载阻抗调节，实现功放管的线性度评估。

另外，图5是本发明实施例二提供的功放电路的示意图。本实施例的功放电路与实施例一的区别点，和本实施例的功放阻抗调节电路与实施例一的区别点相同，此处不再赘述。进一步的，在第三检测单元16与射频输出耦合器12之间连接有衰减器17，以防止较大的输出功率损坏第三检测单元16。

本实施例提供的功放阻抗自动调节电路及功放电路，单片机通过调节第一程控电源和第二程控电源输出到可调输入匹配网络和可调输出匹配网络的电压，调节功放的源阻抗和负载阻抗，使得功放线性度发生变化；根据第三检测单元检测的功放输出信号的频域数据，确定最小三阶互调失真或最小邻道泄漏比，通过第一程控电源和第二程控电源自动调节功放的源阻抗和负载阻抗，使得功放的输出信号具有最小三阶互调失真或最小邻道泄漏比，得到最好功放线性度。由此，本发明节约了功放评估成本，实现了对功放的源阻抗和负载阻抗的自动调节。

实施例三

图6是本发明实施例三提供的功放阻抗自动调节电路的示意图。如图6所示，本实施与实施例一的不同之处在于：功放输出特性为功放效率。预设检测单元包括第一检测单元2、第二检测单元5和第四检测单元18。

第一检测单元2用于检测功放输入功率，第二检测单元5用于检测功放输出功率，第四检测单元18用于检测功放的漏极偏置电压和漏极偏置电流；

单片机1具体用于：

根据多个预设源阻抗控制电压，控制第一程控电源3调节可调输入匹配网络4，同时根据第一检测单元2检测的功放输入功率，以及第二检测单元5检测的功放输出功率，确定第一最大功放增益；

控制第一程控电源3输出与第一最大功放增益对应的预设源阻抗控制电压；

根据多个预设负载阻抗控制电压，控制第二程控电源6调节可调输出匹配网络7，同时根据第四检测单元18检测的功放的漏极偏置电压、漏极平均电流和第二检测单元5检测的功放输出功率，确定最大功放效率(功放管漏极效率)；具体的，单片机1可根据以下公式计算出功放效率：

$\mathrm{\η}=\frac{P_{out}}{VDD*IDD};$

其中，η为功放效率，P_out为功放输出功率，VDD为功放的漏极偏置电压，IDD为功放的漏极平均电流；

控制第二程控电源6输出与最大功放效率对应的预设负载阻抗电压。

由此，本实施例的方案可根据预先设定好的功放工作状态，根据最大功放输出功率、最大功放增益或最大功放效率，调节功放的源阻抗和负载阻抗，实现了不同于实施例一的功放输出特性的功放匹配。

另外，图7是本发明实施例三提供的功放电路的示意图。本实施例的功放电路与实施例一的区别点，和本实施例的功放阻抗调节电路与实施例一的区别点相同，此处不再赘述。

本实施例提供的功放阻抗自动调节电路及功放电路，单片机通过调节第一程控电源和第二程控电源输出到可调输入匹配网络和可调输出匹配网络的电压，调节功放的源阻抗和负载阻抗，使得功放效率发生变化；根据第四检测单元检测的功放的漏极偏置电压、漏极偏置电流和第二检测单元检测的功放输出功率，确定最大功放效率，通过第一程控电源和第二程控电源自动调节功放的源阻抗和负载阻抗，使得功放效率达到最大。由此，本发明节约功放管评估成本，实现了对功放的源阻抗和负载阻抗的自动调节。

需要说明的是，在实际功放阻抗自动调节电路及功放电路设计时，预设检测单元可同时包括第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元和第四检测单元，由此，可根据预先设定好功放工作状态，根据功放电路的输入和输出状态自动调节可调输入匹配网络提供的源阻抗和可调输出匹配网络提供的负载阻抗，实现不同的功放输出特性，以满足不同的工作需求。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。