基于极坐标处理的高效线性数字射频功率信号产生方法与流程

本发明涉及一种高效线性数字射频功率信号产生方法，特别是涉及一种基于极坐标处理的高效线性数字射频功率信号产生方法。

背景技术：

射频功率放大器(RFPA，radio frequency power amplifier)是无线电通信设备中最主要的耗能器件及非线性器件。提升射频功率放大器效率是实现无线通信系统降低功耗和减小体积的最直接方式之一。然而，通常高效率的射频功率放大器通常具有较强的非线性，将导致信号带宽内的信号失真和信号带宽外的频谱泄露。

随着对无线电通信设备小型化的要求越来越高，就要求降低射频功率放大器的功耗，提高射频功率放大器的电源效率。因此，射频功率放大器的设计要点是在保证功率效率的同时改善其线性度，使信号失真度降低到可接受范围内。目前，常规的射频线性功放效率只达到百分之三十左右。进一步提高射频线性功放的效率，成为目前无线通信设备亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于极坐标处理的高效线性数字射频功率信号产生方法，其能够通过对射频信号的极坐标矢量的电平分量和相位分量的数字化处理，再合成驱动射频功率器件，产生无线通信射频线性功率信号，提高了功放效率，达到线性度要求。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于极坐标处理的高效线性数字射频功率信号产生方法，其特征在于，其基于极坐标处理的高效线性数字射频功率信号产生方法包括以下步骤：

步骤一，将射频信号的正交矢量表达方式转换为极坐标矢量表达方式，产生电平分量和相位分量；

步骤二，根据对极坐标矢量的电平分量和相位分量分别进行数字信号处理，电平分量驱动电平分量跟踪开关电源，相位分量经上变频产生载频信号；

步骤三，相位调制后的载频信号经脉冲整形驱动射频开关功率电路，射频开关功率电路的输出电平由电平分量跟踪开关电源的输出电压控制；

步骤四，射频开关功率电路的输出经谐波滤波器滤波后，输出满足要求的射频功率信号。

优选地，所述射频信号由发射机的DSP芯片调制产生。

优选地，所述电平分量跟踪开关电源和脉冲整形驱动射频开关功率电路均以脉冲开关状态工作。

本发明的积极进步效果在于：

一、本发明采用射频信号的极坐标表达方式，易于射频信号的分离处理，准确反映信号的瞬时相位和电平，适用于各种复杂的无线电通信信号处理；

二、本发明采用数字射频功放的功放管工作在开关状态，电源的利用率特别高，工作效率在理论上可以达到100％。实际工作效率可达70％以上，与常规射频功放的效率相比有了显著提高；

三、本发明数字射频线性功放电路的输出电平由电平分量跟踪开关电源的输出电压控制，电平分量跟踪电源采用脉宽调制的开关电路实现，具有效率高、线性度好、控制电平范围宽、响应速度快，易于通过数字方式进行非线性补偿；

四、本发明电路结构简单，易于实现。

附图说明

图1为本发明的高效线性数字射频功率信号产生方法的流程图。

图2为本发明的射频信号正交矢量表达方式的原理图。

图3为本发明射频信号极坐标矢量表达方式的原理图。

图4为本发明的电平分量驱动电平分量跟踪开关电源，相位分量对载频进行相位调制原理框图。

图5为本发明的电平分量信号和相位分量信号合成产生射频线性功率信号的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

采样射频数字化处理技术满足无线电通信的各种复杂应用需求，数字射频线性功率放大技术是其中的一项关键技术。

实现设备小型化，满足高速宽带无线电通信应用，需要高效的线性功率器。目前，通过射频功放的可变工作点技术和数字预失真处理技术，改善了射频功率放大器的电源效率和线性度指标。但不适用于宽频带工作，并且信号处理复杂。

在理论上数字功放可以满足电源效率和线性度指标，常用的方法有：(1)脉冲宽度调制(PWM)；(2)低通增量求和调制(∑△调制)。在低频应用时(如音频功放)，这两种调制方法都可行，但随着频率的提高，应用扩展到射频信号时，PWM的实现就变得较为困难，∑△调制也只能应用于射频频段的低端，很难实现200MHz以上的数字射频功放，因为，这两种数字功放都需要较高的过采样率来降低带内的失真。

如图1所示，本发明基于极坐标处理的高效线性数字射频功率信号产生方法包括下列步骤：

步骤S1，射频信号的I、Q正交矢量表达方式转换为P、θ极坐标表达方式，其中P为信号的电平分量，θ为信号的相位分量；射频信号由发射机的DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理)芯片调制产生；

射频信号的正交矢量表达式为(1)：

y(t)＝I(t)cosωt+Q(t)sinωt (1)

射频信号的极坐标矢量表达式为(2)：

y(t)＝P(t)cos[ωt+θ(t)] (2)

其中：

步骤S2，根据信号的电平分量P，产生电平分量跟踪开关电源的脉冲开关控制信号，产生相应的电压输出；信号的相位分量θ对数字控制振荡器(NCO)进行相位调制，再经上变频产生发射机载频信号；

步骤S3，相位调制后的发射机载频信号经脉冲整形驱动射频开关功率电路，射频开关功率电路的输出电平由电平分量跟踪电源的输出电压控制；

步骤S4，合成后的数字射频功率信号经谐波抑制滤波器滤波后，输出满足要求的高效线性射频功率信号。

本发明使用了采样射频数字化处理技术，满足无线电通信的各种复杂应用需求，数字射频线性功率放大技术是其中的一项关键技术。

所述电平分量跟踪开关电源和脉冲整形驱动射频开关功率电路均以脉冲开关状态工作，这样工作更稳定。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明采用射频信号的极坐标表达方式，易于射频信号的分离处理，准确反映信号的瞬时相位和电平，适用于各种复杂的无线电通信信号处理；

二、本发明采用数字射频功放的功放管工作在开关状态，电源的利用率特别高，工作效率在理论上可以达到100％。实际工作效率可达70％以上，与常规射频功放的效率相比有了显著提高；

三、本发明数字射频线性功放电路的输出电平由电平分量跟踪开关电源的输出电压控制，电平分量跟踪电源采用脉宽调制的开关电路实现，具有效率高、线性度好、控制电平范围宽、响应速度快，易于通过数字方式进行非线性补偿；

四、本发明电路结构简单，易于实现。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。