射频功放处理方法、Doherty功率放大器与无线收发设备与流程

本发明实施例通信技术，尤其涉及一种射频功放处理方法、Doherty功率放大器与无线收发设备。

背景技术：
在基站等具有无线收发功能的设备中，射频功率放大器(简称射频功放)是收发机的核心单元。射频功放负责把直流能量的信号转变为射频能量的信号发射出去，而如果能量损失过大，则会降低功放效率。为此，现有技术提出了多赫尔蒂(简称Doherty)功率放大器。Doherty功率放大器包括主功率放大器和辅助功率放大器，两个功放采用不同的类型，分别承担不同的输入信号功率放大功能，从而尽可能地保证两个功放都工作在各自的饱和区中，从而保证整个Doherty功率放大器在尽量大的输入信号功率范围内都保持有较高的输出信号功率。现有Doherty功率放大器中，当输入辅助功率放大器的信号功率超过预设值时，辅助功率放大器和主功率放大器均工作，但是当输入辅助功率放大器的信号功率不超过预设值时，则辅助功率放大器不工作，仅主功率放大器工作，在这种情况下，Doherty功率放大器的功放效率和增益不高，由Doherty功率放大器和其他功率放大器组成的功放模块的功放效率和增益也不高。

技术实现要素：
本发明实施例提供一种射频功放处理方法、Doherty功率放大器与无线收发设备，以提高Doherty功率放大器的功放效率和增益和整个功放模块的功放效率和增益。第一方面，本发明实施例提供一种射频功放处理方法，包括：检测Doherty功率放大器的射频输入信号的功率大小；若所述射频输入信号的功率小于预设输入功率，则控制所述射频输入信号全部输入所述Doherty功率放大器的主功率放大器；若所述射频输入信号的功率大于等于预设输入功率，则控制所述射频输入信号输入所述Doherty功率放大器的主功率放大器和辅助功率放大器；其中，所述预设输入功率根据所述主功率放大器的牵引特性确定。在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述检测Doherty功率放大器的射频输入信号的功率的大小，包括：所述Doherty功率放大器中的检测电路检测所述Doherty功率放大器的射频输入信号的功率的大小；所述若所述射频输入信号的功率小于预设输入功率，则控制所述射频输入信号全部输入所述Doherty功率放大器的主功率放大器，包括：若所述检测电路检测所述射频输入信号的功率小于预设输入功率，则所述Doherty功率放大器中的控制电路控制所述射频输入信号全部输入所述Doherty功率放大器的主功率放大器；所述若所述射频输入信号的功率大于等于预设输入功率，则控制所述射频输入信号输入所述Doherty功率放大器的主功率放大器和辅助功率放大器，包括：若所述检测电路检测所述射频输入信号的功率大于等于预设输入功率，则所述Doherty功率放大器中的控制电路控制所述射频输入信号分流输入到所述Doherty功率放大器的主功率放大器和辅助功率放大器。根据第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述检测电路为检波器，所述控制电路为功率反射器；所述Doherty功率放大器的射频功率输入端与所述Doherty功率放大器中的环形器的第一端连接，所述环形器的第二端与所述主功率放大器的输入端连接，所述环形器的第三端与所述辅助功率放大器的输入端连接，所述检波器的检测信号输入端与所述射频功率输入端连接，所述检波器的检测结果输出端与所述功率反射器的控制端连接，所述功率反射器的一端接地且所述功率反射器的控制端与所述环形器的第二端和所述主功率放大器之间的通路连接；所述Doherty功率放大器中的检测电路检测所述Doherty功率放大器的射频输入信号的功率的大小，包括：所述检波器检测所述Doherty功率放大器的射频输入信号的功率的大小；所述若所述检测电路检测所述射频输入信号的功率小于预设输入功率，则所述Doherty功率放大器中的控制电路控制所述射频输入信号全部输入所述Doherty功率放大器的主功率放大器，包括：若所述检波器检测所述射频输入信号的功率小于预设输入功率，则所述功率反射器根据所述控制端的信号不启动工作，所述射频输入信号通过所述环形器的第一端、所述环形器的第二端全部输入到所述主功率放大器；所述若所述检测电路检测所述射频输入功率大于等于预设输入功率，则所述Doherty功率放大器中的控制电路控制所述射频输入信号分流输入到所述Doherty功率放大器的主功率放大器和辅助功率放大器，包括：若所述检波器检测所述射频输入信号的功率大于等于预设输入功率，则所述功率反射器根据所述控制端的信号启动工作，所述射频输入信号通过所述环形器的第一端、所述环形器的第二端输入到所述主功率放大器和所述功率反射器，且所述功率反射器将输入信号的功率反射且反射功率通过所述环形器的第二端、所述环形器的第三端输入到所述辅助功率放大器。根据第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述功率反射器为限幅器或者变容二极管。第二方面，本发明实施例提供一种Doherty功率放大器，包括：主功率放大器和辅助功率放大器、检测电路以及控制电路；所述检测电路，用于检测所述Doherty功率放大器的射频输入信号的功率大小；所述控制电路，用于若所述射频输入信号的功率小于预设输入功率，则控制所述射频输入信号全部输入所述Doherty功率放大器的主功率放大器；若所述射频输入信号的功率大于等于预设输入功率，则控制所述射频输入信号输入所述Doherty功率放大器的主功率放大器和辅助功率放大器；其中，所述预设输入功率根据所述主功率放大器的牵引特性确定。在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述检测电路为检波器，所述控制电路为功率反射器，所述射频功率放大器，还包括：环形器；所述Doherty功率放大器的射频功率输入端与所述Doherty功率放大器中的环形器的第一端连接，所述环形器的第二端与所述主功率放大器的输入端连接，所述环形器的第三端与所述辅助功率放大器的输入端连接，所述检波器的检测信号输入端与所述射频功率输入端连接，所述检波器的检测结果输出端与所述功率反射器的控制端连接，所述功率反射器的一端接地且所述功率反射器的控制端与所述环形器的第二端和所述主功率放大器之间的通路连接。根据第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述功率反射器为限幅器或者变容二极管。根据第二方面、第二方面的第一种至第二种可能的实现方式的任意一种，在第三种可能的实现方式中，所述辅助功率放大器的个数为至少两个。第三方面，本发明实施例提供一种无线收发设备，包括：所述无线收发设备的射频电路包括权利要求5～8中任一项所述的Doherty功率放大器。在第三方面的第一种可能的实现方式中，所述设备包括：用户设备、基站、中继设备。本发明实施例射频功放处理方法、Doherty功率放大器与无线收发设备，通过判断射频输入信号的功率大小，在射频输入信号的功率小于预设功率时，全部的射频输入信号进入到主功率放大器进行放大处理，解决了现有技术中当射频输入信号的功率小于预设功率时，由于一部分射频输入信号进入辅助功率放大器，辅助功率放大器不工作造成Doherty功率放大器的功放效率低的问题，提高了Doherty功率放大器的功放效率和增益，从而也提高了整个功放模块的功放效率和增益。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例一所提供的射频功放处理方法的流程图；图2为本发明实施例二所提供的射频功放处理方法的流程图；图3A为本发明实施例三所提供的射频功放处理方法的流程图；图3B为本发明实施例三所提供的实现射频功放处理方法的Doherty功率放大器的电路图；图4为本发明实施例四所提供的Doherty功率放大器的架构示意图；图5为本发明实施例五所提供的Doherty功率放大器的架构示意图；图6为本发明实施例六所提供的多路Doherty功率放大器的架构示意图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。图1为本发明实施例一所提供的射频功放处理方法的流程图。本实施例的方法适用于在提高射频功率放大器的功放效率和增益的前提下将射频输入信号的功率通过射频功率放大器进行放大的情况。该方法由配置在无线收发设备中的Doherty功率放大器执行。本实施例的方法包括如下步骤：步骤110、检测Doherty功率放大器的射频输入信号的功率大小。无线收发设备中配置有功率放大模块，对于基站中配置的功率放大模块一般由2～3级功率放大器组成，才能将微弱的数字中频信号放大到所需要的发射功率等级，因此保证作为末级功率放大器的Doherty功率放大器的高的功放效率和增益对提高整个功放模块的功放效率和增益具有重要的意义。在整个功放模块中，位于Doherty功率放大器之前的前一级驱动功率放大器可以为Doherty功率放大器提供射频输入信号，在步骤110中，对前一级驱动功率放大器向Doherty功率放大器提供的射频输入信号的功率进行检测，以检测射频输入信号的功率大小。步骤120、若射频输入信号的功率小于预设输入功率，则控制射频输入信号全部输入Doherty功率放大器的主功率放大器。在步骤120中，若射频输入信号的功率小于预设输入功率，则控制全部的射频输入信号输入到Doherty功率放大器的主功率放大器，主功率放大器对射频输入信号的功率进行放大。步骤130、若射频输入信号的功率大于等于预设输入功率，则控制射频输入信号输入Doherty功率放大器的主功率放大器和辅助功率放大器。在步骤130中，若射频输入信号的功率大于等于预设输入功率，则控制射频输入信号输入Doherty功率放大器的主功率放大器和辅助功率放大器，主功率放大器和辅助功率放大器分别对输入的射频输入信号的功率进行放大。具体而言，通过检测Doherty功率放大器的射频输入信号的功率，将检测的射频输入信号的功率与预设输入功率进行比较，若射频输入信号的功率小于预设输入功率，控制全部的射频输入信号输入到Doherty功率放大器的主功率放大器，主功率放大器对射频输入信号的功率进行放大；若射频输入信号的功率大于等于预设输入功率，则控制射频输入信号输入Doherty功率放大器的主功率放大器和辅助功率放大器，主功率放大器和辅助功率放大器分别对输入的射频输入信号的功率进行放大，其中预设输入功率是指启动辅助功率放大器开始工作的一个参考值，当输入到辅助功率放大器的功率大于等于预设输入功率时，启动辅助功率放大器开始工作，预设输入功率根据主功率放大器的牵引特性确定，主功率放大器的牵引特性是指主功率放大器牵引辅助功率放大器工作的特性。本实施例提供的射频功放处理方法，通过判断射频输入信号的功率大小，在射频输入信号的功率小于预设功率时，全部的射频输入信号进入到主功率放大器进行放大处理，解决了现有技术中当射频输入信号的功率小于预设功率时，由于一部分射频输入信号进入辅助功率放大器，辅助功率放大器又不工作造成Doherty功率放大器的功放效率低的问题，提高了Doherty功率放大器的功放效率和增益，从而也提高了整个功放模块的功放效率和增益。图2为本发明实施例二所提供的射频功放处理方法的流程图。本实施例以上述实施例一为基础，进一步进行了优化，参照图2，本实施例的方法可以包括：步骤210、Doherty功率放大器中的检测电路检测Doherty功率放大器的射频输入信号的功率的大小。步骤220、若检测电路检测射频输入信号的功率小于预设输入功率，则Doherty功率放大器中的控制电路控制射频输入信号全部输入Doherty功率放大器的主功率放大器。步骤230、若检测电路检测射频输入信号的功率大于等于预设输入功率，则Doherty功率放大器中的控制电路控制射频输入信号分流输入到Doherty功率放大器的主功率放大器和辅助功率放大器。本实施例提供的射频功放处理方法，通过检测电路检测射频输入信号的功率大小并将射频输入信号的功率与预设输入功率进行比较，在射频输入信号的功率小于预设功率时，控制电路控制全部的射频输入信号进入到主功率放大器进行放大处理，解决了现有技术中当射频输入信号的功率小于预设功率时，由于一部分射频输入信号进入辅助功率放大器，但是辅助功率放大器不工作造成Doherty功率放大器的功放增益低的问题，提高了Doherty功率放大器的功放增益，从而也提高了整个功放模块的功放增益。图3A为本发明实施例三所提供的射频功放处理方法的流程图。本实施例以上述实施例二为基础，进一步进行了优化，上述实施例二中的检测电路可以通过检波器实现，控制电路可以通过功率反射器实现，在本实施例中，参照图3A，本实施例的方法可以包括：步骤310、检波器检测Doherty功率放大器的射频输入信号的功率的大小。步骤320、若检波器检测射频输入信号的功率小于预设输入功率，则功率反射器根据控制端的信号不启动工作，射频输入信号通过环形器的第一端、环形器的第二端全部输入到主功率放大器。举例来说，功率反射器可以为限幅器或者变容二极管，使用变容二极管作为功率反射器时，若检波器检测的射频输入信号的功率小于预设输入功率，从检波器输出的信号的电压不能使得变容二极管启动工作，射频输入信号可以通过环形器的第一端和第二端全部输入到主功率放大器的输入端，即由于变容二极管的P型半导体端接地，从检波器输出的信号的电压施加在变容二极管的N型半导体端，相当于给变容二极管施加了正向电压，使得变容二极管的PN结变薄，甚至当变容二极管正向导通时变容二极管的PN结消失，因此变容二极管不会对主功率放大器的负载阻抗产生影响，这种情况下，主功率放大器在处于负载阻抗匹配很好的状态下将输入的全部射频输入信号进行放大。使用限幅器作为功率反射器与使用变容二极管作为功率反射器时的工作原理类似，此处不再赘述。步骤330、若检波器检测射频输入信号的功率大于等于预设输入功率，则功率反射器根据控制端的信号启动工作，射频输入信号通过环形器的第一端、环形器的第二端输入到主功率放大器和功率反射器，且功率反射器将输入信号的功率反射且反射功率通过所述环形器的第二端、环形器的第三端输入到辅助功率放大器。在步骤330中，同样以使用变容二极管作为功率反射器进行说明，若检波器检测射频输入信号的功率大于等于预设输入功率，从检波器输出的信号的电压使得变容二极管启动工作，射频输入信号通过环形器的第一端、环形器的第二端输入到主功率放大器和变容二极管。这里需要说明的是，变容二极管工作指的是能够将输入信号的功率进行反射，详细而言，由于变容二极管的P型半导体端接地，从检波器输出的信号的电压施加在变容二极管的N型半导体端时，相当于给变容二极管施加了反向电压，此时的变容二极管处于截止状态，此状态下的变容二极管可以视为电容，因此变容二极管的电容值会影响主功率放大器的输入阻抗，使得主功率放大器的输入阻抗发生变化，主功率放大器的输入阻抗发生变化时，变容二极管将输入信号的功率反射。经变容二极管反射的功率通过环形器的第二端、环形器的第三端输入辅助功率放大器，推动辅助功率放大器开始工作，进行负载牵引。部分进入主功率放大器的射频输入信号仍经主功率放大器进行放大。进一步的，由于现有的“TrafficTracking”技术是通过调整电源供应装置(PowerSupplyUnit，简称PSU)的电压来调整主功率放大器和辅助功率放大器的栅极电压，从而调整Doherty功率放大器的输出功率。例如，需要输出的功率大时，调高栅极电压。需要输出的功率小时，调低栅极电压。但是由于在射频功率放大器的栅极一般都有很大的滤波电容来保证Doherty功率放大器的性能，而滤波电容基本在微法级，对于这样大的容性负载，目前的PSU是无法达到这么大的带负载能力，即不能根据宽带信号的瞬时变化迅速调整栅极电压，每调整一次栅极电压后就在一个较长的时间段内不再进行调整，例如，在白天需要输出大功率时，将栅极电压调高一次，在夜晚需要输出小功率时，将栅极电压调低一次。因此，在射频输入信号的带宽越宽时PSU就更难跟上射频输入信号的瞬时变化，也就不能对栅极电压进行调整。然而。本实施例提供的射频功放处理方法，从检波器输出的信号的电压不仅可以控制变容二极管是否启动工作，而且可以对主功率放大器和辅助功率放大器的功率分配进行调整，从检波器输出的信号的电压使得变容二极管启动工作时，可以调整主功率放大器和辅助功率放大器之间的功率分配，从而可以调整主功率放大器和辅助功率放大器的输出功率，因为从检波器输出的信号的电压和射频输入信号的功率的大小有关，射频输入信号的功率越大，从检波器输出的信号的电压也越大，检波器输出的信号的电压可以通过功率反射器使主功率放大器和辅助功率放大器获得理想的功率分配比，从而提高主功率放大器和辅助功率放大器的输出功率和增益。从检波器输出的信号的电压不能使得变容二极管启动工作时，从检波器输出的信号的电压可以通过调整主功率放大器的功率分配来调整主功率放大器的输出功率。因此，可以适应射频输入信号的瞬时变化来调整Doherty功率放大器中的主功率放大器和辅助功率放大器的输出功率。本实施例提供的射频功放处理方法，通过检波器检测射频输入信号的功率的大小，射频输入信号的功率小于预设输入功率时，功率反射器不启动工作，射频输入信号全部输入到主功率放大器进行放大。射频输入信号的功率大于等于预设输入功率时，主功率放大器和辅助功率放大器对输入的射频输入信号进行放大。由于在射频输入信号的功率小于预设输入功率时，主功率放大器在处于负载阻抗匹配很好的状态，几乎没有回波，此时Doherty功率放大器的增益为主功率放大器的增益减去环形器和功率反射器的插损，在功率反射器为限幅器时，由于环形器和限幅器的插损非常小，一般在0.2dB以下，因此与现有技术相比，如果采用同样的驱动功率放大器的情况下，提高了Doherty功率放大器的增益和功放效率，仿真结果表明，本实施提供的Doherty功率放大器的增益比传统的Doherty功率放大器的增益至少高3dB。在射频输入信号的功率大于等于预设输入功率时，采用了功率反射器和环形器来调节进入主功率放大器和峰值功率放大器的射频输入信号，提高了Doherty功率放大器的增益和功放效率，从而也提高了整个功放模块的增益和功放效率。为了更清楚的理解本实施例所提供的射频功放处理方法，在此配合图3B进行介绍，图3B为本发明实施例三所提供的实现射频功放处理方法的Doherty功率放大器的电路图，参照图3B，Doherty功率放大器的射频功率输入端301与Doherty功率放大器中的环形器302的第一端连接，环形器302的第二端与主功率放大器303的输入端连接，环形器302的第三端与辅助功率放大器304的输入端连接，检波器305的检测信号输入端与射频功率输入端301连接，检波器305的检测结果输出端与功率反射器306的控制端连接，功率反射器306的一端接地且功率反射器306的控制端与环形器302的第二端和主功率放大器303之间的通路连接。具体而言，通过检波器305的检测信号输入端与射频功率输入端301连接，检波器305可以检测Doherty功率放大器的射频功率输入端301的射频输入信号的功率，检波器305检测到射频输入信号的功率小于预设输入功率时，功率反射器306不启动工作，射频输入信号通过环形器302的第一端、和第二端全部输入到主功率放大器303进行放大，主功率放大器303对射频输入信号处理后经过90度移相线将射频功率输出。检波器305检测到射频输入信号的功率大于等于预设输入功率时，功率反射器306启动工作，射频输入信号通过环形器302的第一端、环形器302的第二端输入到主功率放大器303和功率反射器306，功率反射器306将射频输入信号的功率反射且反射功率通过环形器302的第二端和第三端射频输入到辅助功率放大器304，辅助功率放大器304将输入的反射功率进行放大，主功率放大器303将输入到主功率放大器303的射频输入信号进行放大，主功率放大器303对射频输入信号处理后经过90度移相线后输出的射频功率和辅助功率放大器304处理后的反射功率通过射频功率输出端输出。图4为本发明实施例四所提供的Doherty功率放大器的架构示意图。本实施例中，Doherty功率放大器包括：主功率放大器401和辅助功率放大器402、检测电路403以及控制电路404。其中，检测电路403用于检测Doherty功率放大器的射频输入信号的功率大小；控制电路404用于若射频输入信号的功率小于预设输入功率，则控制射频输入信号全部输入Doherty功率放大器的主功率放大器；若射频输入信号的功率大于等于预设输入功率，则控制射频输入信号输入Doherty功率放大器的主功率放大器和辅助功率放大器，预设输入功率根据主功率放大器的牵引特性确定。本实施例提供的Doherty功率放大器，通过判断射频输入信号的功率大小，在射频输入信号的功率小于预设功率时，全部的射频输入信号进入到主功率放大器进行放大处理，解决了现有技术中当射频输入信号的功率小于预设功率时，由于一部分射频输入信号进入辅助功率放大器，辅助功率放大器又不工作造成Doherty功率放大器的功放效率低的问题，提高了Doherty功率放大器的功放效率。图5为本发明实施例五所提供的Doherty功率放大器的架构示意图。本实施例以上述实施例四为基础，进一步进行了优化，参照图5，本实施例的Doherty功率放大器包括：主功率放大器501和辅助功率放大器502、检波器503、功率反射器504和环形器505。其中，功率反射器可以为限幅器或者变容二极管。主功率放大器501、辅助功率放大器502、检波器503、功率反射器504和环形器505之间的连接关系如下：Doherty功率放大器的射频功率输入端与Doherty功率放大器中的环形器505的第一端连接，环形器505的第二端与主功率放大器501的输入端连接，环形器505的第三端与辅助功率放大器502的输入端连接，检波器503的检测信号输入端与射频功率输入端连接，检波器503的检测结果输出端与功率反射器504的控制端连接，功率反射器504的一端接地且功率反射器504的控制端与环形器505的第二端和主功率放大器501之间的通路连接。本实施例提供的Doherty功率放大器，通过使用插损小的环形器，且将射频功率输入端与环形器的第一端连接，环形器的第二端与主功率放大器的输入端连接，环形器的第三端与辅助功率放大器的输入端连接，从而实现在检波器检测射频输入信号的功率小于预设输入功率时，全部的射频输入信号可以通过环形器的第一端、环形器的第二端输入主功率放大器，提高Doherty功率放大器的功放效率和增益。在检波器检测射频输入信号的功率大于等于预设输入功率时，通过功率反射器反射的功率可以通过环形器的第二端、环形器的第三端输入辅助功率放大器，推动辅助功率放大器进行负载牵引，提高主功率放大器和辅助功率放大器的合路输出功率，从而提高了Doherty功率放大器的增益和功放效率，从而也提高了整个功放模块的增益和功放效率。进一步的，辅助功率放大器的个数可以为至少两个，当Doherty功率放大器中有两个峰值功率放大器时，Doherty功率放大器的架构示意图如图6所示，图6为本发明实施例六所提供的多路Doherty功率放大器的架构示意图。参照图6，图6与图5基本类似，与图5的区别在于，在环形器505的第三端可以与两个辅助功率放大器的输入端连接，这里需要说明的是，本发明不对环形器的第三端连接的辅助功率放大器的数目进行限制，即辅助功率放大器的数目可以根据实际情况进行调整，在此仅以在环形器505的第三端连接两个辅助功率放大器进行说明。从功率反射器504反射的反射功率可以使其中一个峰值功率放大器启动工作，进行负载牵引。也可以根据实际情况，即当从射频功率输出端输出的最大功率不能满足实际需要时，可以通过调整预设输入功率，启动峰值功率放大器502和峰值功率放大器502′都工作，进行负载牵引。该多路Doherty功率放大器的工作原理与技术效果与图5所示的Doherty功率放大器的工作原理与技术效果类似，此处不再赘述。需要说明的是，本发明实施例还提供一种无线收发设备，该无线收发设备可以为用户设备、基站或中继设备。该无线收发设备的射频电路可以包括上述实施例中提到的任意一个Doherty功率放大器。该Doherty功率放大器可以用于执行图1～3A中任一实施例所示的方法技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。