功率放大电路和功率放大设备的制作方法

本实用新型涉及功率放大技术领域，具体而言，涉及一种功率放大电路和功率放大设备。

背景技术：

随着无线移动通信技术的不断发展，高品质的通信要求、激增的业务种类等导致信号的调制方式不断复杂化，如64QAM，QPSK，16QAM等，而这些调试方式进而导致信号峰均比过高，因此，如何保持信号包络的不严重失真，甚至线性放大越来越重要。经发明人研究发现，现有技术中，基于离散型包络跟踪技术或者连续型包络跟踪技术实现的功率放大器都只能在某些输入功率点下或者某个输入功率范围内达到最优效率，而无法保证在每一个输入功率点下都能达到最优效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种功率放大电路和功率放大设备，通过对功率放大电路的巧妙设计，能够使得功率放大模块在每一个输入功率点下都能达到最优效率，进而提高功率放大效率。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种功率放大电路，所述功率放大电路包括耦合器、功率放大模块和包络跟踪电路，所述包络跟踪电路包括检波器和单片机；

所述耦合器的输出端与所述检波器的输入端和所述功率放大模块的输入端分别电连接，所述单片机的输入端与所述检波器的输出端电连接、输出端与所述功率放大模块的输入端电连接。

在本实用新型较佳实施例的选择中，所述功率放大模块包括功分器、第一功率放大支路、第二功率放大支路和功率合成网络，所述功分器设置有一个输入端和两个输出端，所述功率合成网络设置有两个输入端；

所述耦合器的输出端与所述功分器的输入端电连接，所述功分器的两个输出端分别与所述第一功率放大支路的输入端和所述第二功率放大支路的输入端对应连接，所述功率合成网络的两个输入端分别与所述第一功率放大支路的输出端和所述第二功率放大支路的输出端对应连接，所述第二功率放大支路的输入端还与所述单片机的输出端电连接。

在本实用新型较佳实施例的选择中，所述第一功率放大支路包括第一微带线、第二微带线、第三微带线和载波放大器；

所述第一微带线与所述功分器的输出端和所述载波放大器的输入端分别电连接，所述载波放大器的输出端与所述第二微带线电连接，所述第三微带线与所述第二微带线和所述功率合成网络分别连接。

在本实用新型较佳实施例的选择中，所述第二功率放大支路包括第四微带线、第五微带线、第六微带线和峰值放大器；

所述第四微带线与所述功分器的输出端和所述峰值放大器的输入端分别电连接，所述第五微带线与所述峰值放大器的输出端和所述第六微带线分别电连接，所述第六微带线与所述功率合成网络电连接，所述单片机的输出端与所述峰值放大器的输入端电连接。

在本实用新型较佳实施例的选择中，所述功率放大模块还包括延时线，所述延时线与所述功分器的输出端和所述第二功率放大电路的输入端分别电连接。

在本实用新型较佳实施例的选择中，所述延时线为微带线。

在本实用新型较佳实施例的选择中，所述包络跟踪电路还包括反相器，所述反相器的输入端与所述单片机的输出端电连接、输出端与所述功率放大模块的输入端电连接。

在本实用新型较佳实施例的选择中，所述包络跟踪电路还包括运算放大器，所述运算放大器的输入端与所述单片机的输出端电连接、输出端与所述功率放大模块的输入端电连接。

在本实用新型较佳实施例的选择中，所述单片机集成有ADC模块和DAC模块。

一种功率放大设备，所述功率放大装置包括信号发射装置、信号接收装置和上述的功率放大电路；

所述功率放大电路的输入端与所述信号发射设备电连接、输出端与所述信号接收装置电连接。

与现有技术相比，本实用新型提供的功率放大电路和功率放大设备，其中，该功率放大电路基于单片机和包络追踪技术实现，能够根据输入信号自适应地调整功率放大模块上的供电电压，从而提高功率放大效率。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的功率放大电路的方框结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的功率放大电路的另一方框结构示意图。

图3为图1中的包络追踪电路的另一方框结构示意图。

图4为图1中的包络追踪电路的又一方框结构示意图。

图5为本实用新型实施例提供的功率放大设备的方框结构示意图。

图标：10-功率放大电路；100-耦合器；110-功率放大模块；112-功分器；114-第一功率放大支路；1140-第一微带线；1142-第二微带线；1144-第三微带线；1146-载波功率放大器；116-第二功率放大支路；1160-第四微带线；1162-第五微带线；1164-第六微带线；1166-峰值功率放大器；118-功率合成网络；119-延时线；120-包络跟踪电路；122-检波器；124-单片机；126-反相器；128-运算放大器；20-功率放大设备；30-信号发射装置；40-信号接收装置。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本实用新型的描述中，术语“第一、第二、第三、第四等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种功率放大电路10，所述功率放大电路10包括耦合器100、功率放大模块110和包络跟踪电路120，所述包络跟踪电路120包括检波器122和单片机124，所述耦合器100的输出端与所述检波器122的输入端和所述功率放大模块110的输入端分别电连接，所述单片机124的输入端与所述检波器122的输出端电连接、输出端与所述功率放大模块110的输入端电连接。

其中，所述功率放大电路10利用包络跟踪技术，并通过所述耦合器100对输入信号进行定向耦合，再通过所述包络跟踪电路120中的检波器122进行检波，最后，所述单片机124根据检波结果控制反馈给所述功率放大模块110的偏置电压(供电电压)，使所述功率放大模块110的功放工作于饱和状态或者接近于饱和状态，从而优化所述功率放大模块110的效率。可选地，所述输入信号可以为射频信号。

在实际实施时，如图2所示，所述功率放大模块110包括功分器112、第一功率放大支路114、第二功率放大支路116和功率合成网络118，所述功分器112设置有一个输入端和两个输出端，所述功率合成网络118设置有两个输入端。其中，所述耦合器100的输出端与所述功分器112的输入端电连接，所述功分器112的两个输出端分别与所述第一功率放大支路114的输入端和所述第二功率放大支路116的输入端对应连接，所述功率合成网络118的两个输入端分别与所述第一功率放大支路114的输出端和所述第二功率放大支路116的输出端对应连接，所述第二功率放大支路116的输入端还与所述单片机124的输出端电连接。

具体地，所述第一功率放大支路114包括第一微带线1140、第二微带线1142、第三微带线1144和载波功率放大器1146，所述第一微带线1140与所述功分器112的输出端和所述载波功率放大器1146的输入端分别电连接，所述载波功率放大器1146的输出端与所述第二微带线1142电连接，所述第三微带线1144与所述第二微带线1142和所述功率合成网络118分别连接。

所述第二功率放大支路116包括第四微带线1160、第五微带线1162、第六微带线1164和峰值功率放大器1166，所述第四微带线1160与所述功分器112的输出端和所述峰值功率放大器1166的输入端分别电连接，所述第五微带线1162与所述峰值功率放大器1166的输出端和所述第六微带线1164分别电连接，所述第六微带线1164与所述功率合成网络118电连接，所述单片机124的输出端与所述峰值功率放大器1166的输入端电连接。其中，根据所述功率放大电路10工作类别的不同，所述载波功率放大器1146通常工作在增益较高的AB类，而峰值功率放大器1166一般工作在C类。

具体地，所述功分器112将经过所述耦合器100定向耦合后的输入信号划分为两路信号，分别进入所述第一功率放大支路114和所述第二功率放大支路116。其中，所述第一微带线1140(第四微带线1160)用于实现输入阻抗匹配。所述第二微带线1142(第五微带线1162)用于实现输出阻抗匹配。所述第三微带线1144为四分之一波长的补偿线，起到阻抗变化的作用，例如，将低输入功率状态下的负载阻抗100ohm变换为高输入功率状态下的50ohm。所述第六微带线1164用于实现功率放大器的负载调制，例如，将低输入功率状态下的峰值功放的阻抗放大至无穷大，其中，所述功率放大器可以为Doherty功率放大器。

可选地，由于所述包络跟踪电路120中的所述单片机124与所述峰值功率放大器1166连接以反馈供电电压给该峰值功率放大器1166，但由于所述供电电压需要根据检波结果得到，从而导致进入所述峰值功率放大器1166的输入信号和所述供电电压信号可能存在一定的时间差，进而导致相位失衡，因此，在本实施例中，可以在所述第二功率放大支路116与所述功分器112之间设置延时线119以解决上述问题，实现相位平衡。其中，所述延时线119与所述功分器112和所述第四微带线1160分别电连接，所述延时线119可以为微带线。

应注意，基于所述单片机124实现对所述功率放大模块110的供电电压的控制主要有载波功率放大器1146的漏极电压调制和峰值功率放大器1166的栅极电压调制。其中，所述载波功率放大器1146的漏极电压调制主要针对低输入功率状态下提升系统效率，对线性度没有改善。而所述峰值功率放大器1166的栅极电压调制则针对的是高输入功率状态下的线性度的提升，效率的改善作用较小。因此，考虑到栅极偏置电压低，没有偏置电流，应用到所述包络跟踪电路120时无需加入放大器件等对所述单片机124的输出电压和输出电流进行放大，所以本实施例选择峰值功率放大器1166栅极电压调制方案提高效率。

具体地，请再次参阅图2，所述包络跟踪电路120中的所述检波器122用于对经过所述耦合器100定向耦合之后的输入信号进行检波，然后所述单片机124根据检波结果控制反馈给所述功率放大模块110的偏置电压(供电电压)。其中，所述单片机124向所述功率放大模块110提供的供电电压是通过本身的查找表功能实现。可选地，所述单片机124能够实时根据所述耦合器100的输入信号调整所述功率放大模块110的供电电压，且能够对每一个输入功率点对应的供电电压进行调整，使得在每一个输入功率点下功率放大模块110的效率最大化。应理解，在每一个输入功率点上达到最优效率所需要的供电电压值预先存放在所述单片机124中。

例如，在所述功率放大电路10工作时，所述检波器122检出的输入信号的包络经过所述单片机124时，所述单片机124进行查表以查到预存的对应供电电压值，并输出给所述峰值功率放大器1166，从而达到动态跟踪输入信号的信号包络而输出电压的目的。其中，当输入信号为射频信号时，若射频输入信号较小，则对应输出的偏置电压也较小，直流功耗降低，以提高功率放大器的效率。

可选地，所述单片机124中集成有基于ADC模块和DAC模块的电压控制模块，以用于实现模拟电压或数字电压的处理，从而有效避免在所述功率放大电路10中引入额外的元器件，降低了该功率放大电路10的复杂度。应注意，本实施例中对所述单片机124的型号等在此不做限制。

可选地，由于所述单片机124可以与所述功率放大模块110中的功率放大器的栅极或者漏极连接，以满足不同的功率放大需求。因此，在本实施例中，根据设计功率放大器时所采用的晶体管不同，所述包络跟踪电路120的形式也有差别。

其中，以GaN晶体管为例，当GaN晶体管的静态栅极电压为负值，那么在进行包括跟踪时，如图3所示，所述包络跟踪电路120还包括反相器126，所述反相器126与所述单片机124和所述峰值功率放大器1166的栅极电连接，使得从所述单片机124输出的供电电压反相，以达到晶体管栅极电压的要求，实现频率增大。

除此之外，当所述包络跟踪电路120用于控制所述功率放大模块110中的功率放大器的漏极电压时，由于通常情况下，所述晶体管静态漏极需要的供电电压大，而所述单片机124的直接输出电压和输出电流都相对较小，因此，为了使晶体管能够正常工作，如图4所示，所述包络跟踪电路120还包括运算放大器128，所述运算放大器128与所述单片机124和所述峰值功率放大器1166的漏极连接，以用于对所述单片机124输出的供电电压进行放大，从而满足晶体管漏极电压的需求，并进一步实现频率增大。

应注意，实际实施时，若通过所述单片机124反馈至所述峰值功率放大器1166的偏置电压信号仅需要进行放大，则所述单片机124的输出端与所述运算放大器128的同相输入端电连接。除此之外，若所述偏置电压在放大的同时，还需要进行反向处理，则所述单片机124与所述运算放大器128的反相输入端电连接。具体地，本实施例在此不做限制。

进一步地，所述功率合成网络118用于负载调制，包括第七微带线和第八微带线。其中，当经过所述第一功率放大支路114和所述第二功率放大支路116放大后输出的两路信号进入所述功率合成网络118进行合成输出。具体地，所述第一功率放大支路114上的输出信号流经所述第七微带线后再进入所述第八微带线，而所述第二功率放大支路116上的输出信号则直接进入所述第八微带线。可选地，所述第七微带线和第八微带线分别为四分之一波长传输线。

进一步地，基于上述功率放大电路10的描述，如图5所示，本实施例还提供一种功率放大设备20，所述功率放大设备20包括信号发射装置30、信号接收装置40和上述的功率放大电路10，其中，所述功率放大电路10的输入端与所述信号发射装置30电连接、输出端与所述信号接收装置40电连接。应理解，所述信号发射装置30和所述信号接收装置40的具体类型在此不做限制。

综上所述，本实用新型提供的功率放大电路10和功率放大设备20，结合包络跟踪技术和单片机124查表功能，对功率放大电路10进行巧妙设计，使得该功率放大电路10能够根据输入信号自适应地调整功率放大模块110上的供电电压，以提高功率放大效率。除此之外，本实用新型电路复杂度低，适用性强。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本实用新型实施例的功能可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的现有程序代码或算法来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本实用新型的功能实现不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。