宽带模拟预失真功率放大器装置及发射机的制作方法

本实用新型涉及无线移动通信技术领域，尤其涉及一种宽带模拟预失真功率放大器装置及发射机。

背景技术：

随着全球无线通信领域高速发展，移动互联网时代的到来，消费者已不满足于现有上网速度，更高的数据传输速率和网络稳定性是社会各界共同追求的目标，5G通信技术应运而生。5G技术有别于3G和4G技术：3G技术共有WCDMA、TD_SCDMA、CDMA2000和WIMAX四种通信标准；4G技术虽然统一了LTE信号，单载波最大带宽也只有20MHz，所以实际4G通信网络中采用多载波宽带通信；而5G将采用NR的OFDM载波聚合技术，将多个子载波聚合成宽的频谱，可达到100MHz的聚合载波带宽。这无疑将给功率放大器的线性化技术的采样和对消带宽提出更高的要求和技术瓶颈。

目前，功放最主要的线性化技术是输出功率回退法(Output Power Back Off)、前馈法(Feed Forward)和预失真法(Pre-distortion)，预失真法又分数字预失真和模拟预失真。而不同的线性化技术各有优缺点，仅仅在宽带线性化改善维度，功率回退法、前馈法和模拟预失真技术都难以突破技术瓶颈；而DPD线性化技术是近几年持续发展最快的技术。截止到目前，除了华为、爱立信等世界级大公司有能力实现超过100MHz带宽的DPD线性化对消能力。一般中小公司都无法做到，技术实力稍强些的公司实现超过90MHz以内的带宽的DPD线性化对消能力。而且，DPD技术实现复杂、对PA开发团队技术要求较高，产品开发成本高；对于4G和5G通信网络更侧重于小功率密集布网来说，DPD单元功耗偏大，对小功率PA的效率提升有局限性。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本实用新型提出了一种宽带模拟预失真功率放大器装置及发射机，实现了集成度高、小型化、高效率、技术简单化的宽带模拟预失真功率放大器装置。

本实用新型实施例提供了一种宽带模拟预失真功率放大器装置，包括第一耦合器、宽带模拟预失真IC芯片、延时器、第二耦合器和宽带Doherty放大器；

所述第一耦合器的输出端分别与所述延时器的输入端和所述宽带模拟预失真IC芯片的信号输入端相连，所述第一耦合器将接收到的射频输入信号分别输入到所述延时器和所述宽带模拟预失真IC芯片；所述延时器的输出端和所述宽带模拟预失真IC芯片的信号输出端分别连接到所述第二耦合器的输入端，所述第二耦合器的输出端与所述宽带Doherty放大器的信号输入端连接，所述第二耦合器将经所述延时器时延后的射频输入信号和经所述宽带模拟预失真IC芯片处理后的预失矫正信号进行耦合，并将耦合后的信号发送到所述宽带Doherty放大器的输入端；所述宽带Doherty放大器将放大后的信号进行输出。

可选地，还包括第三耦合器，所述第三耦合器的输入端与所述宽带Doherty放大器的输出端连接，所述第三耦合器的输出端与所述宽带模拟预失真IC芯片连接，以将所述宽带Doherty放大器放大后的信号输出，并将输出信号反馈到所述宽带模拟预失真IC芯片。

可选地，还包括第四耦合器和自动电平控制电路；

所述第四耦合器的输出端与所述自动电平控制电路的输入端连接，所述自动电平控制电路的输出端与所述第一耦合器的输入端连接，所述自动电平控制电路用于对所述第四耦合器接收到的射频输入信号进行功率调整，并将调整后的信号输入到的所述第一耦合器。

可选地，还包括控制器，所述控制器分别与所述第四耦合器的输出端和自动电平控制电路的控制端相连，用于根据所述第四耦合器的输出信号控制所述自动电平控制电路。

可选地，所述控制器通过串行外设接口与所述宽带模拟预失真IC芯片连接。

可选地，在所述第二耦合器和宽带Doherty放大器之间还设置有自动增益控制电路，所述控制器分别与所述第三耦合器的输出端以及所述自动增益控制电路的控制端相连，所述自动增益控制电路用于根据所述第三耦合器的输出信号控制所述自动增益控制电路。

可选地，所述控制器还与所述宽带Doherty放大器的控制端相连。

可选地，还包括设置在所述自动电平控制电路和所述第一耦合器之间的功率放大管。

可选地，还包括设置在所述自动增益控制电路和所述宽带Doherty放大器之间的功率放大管。

本实用新型的另一方面还提供了一种发射机，包括如上所述的宽带模拟预失真功率放大器装置。

本实用新型实施例提供的宽带模拟预失真功率放大器装置及发射机，将宽带模拟预失真IC芯片和宽带Doherty放大器相结合，能够实现宽带多载波LTE或5G宽带100MHz瞬时信号带宽的载波信号放大及线性化处理，得到一种超宽带、多载波、高线性、高效率、低成本、小型化的宽带多载波LTE功率放大器或宽带5G功率放大器。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例的一种宽带模拟预失真功率放大器装置的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例的一种宽带模拟预失真功率放大器装置的结构示意图；

图3为本实用新型另一实施例的一种宽带模拟预失真功率放大器装置的结构示意图；

图4为本实用新型另一实施例的一种宽带模拟预失真功率放大器装置的结构示意图；

图5为本实用新型另一实施例的一种宽带模拟预失真功率放大器装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

基于现有技术中线性化技术的劣势，本实用新型将模拟IC预失真技术和宽带Doherty技术相结合，针对宽带多载波LTE或5G宽带100MHz瞬时信号带宽的载波信号进行线性化处理，得到一种高线性、高效率、低成本的宽带多载波LTE或宽带5G的宽带模拟预失真功率放大器装置，解决了其它线性化技术的瓶颈。本实用新型提供了一种新型宽带模拟预失真功率放大器装置，取代技术复杂、成本较高的前馈和DPD技术，实现集成度高、小型化、技术简单化的多载波、超宽带预失真功率放大系统。

图1示意性示出了本实用新型实施例的一种宽带模拟预失真功率放大器装置的结构示意图。参照图1，本实用新型实施例提供的宽带模拟预失真功率放大器装置，具体包括第一耦合器101、宽带模拟预失真IC芯片102、延时器103、第二耦合器104和宽带Doherty放大器105。

其中，第一耦合器101的输出端分别与延时器103的输入端和宽带模拟预失真IC芯片102的信号输入端相连，第一耦合器101将接收到的射频输入信号分别输入到延时器103和宽带模拟预失真IC芯片102；延时器103的输出端和所述宽带模拟预失真IC芯片102的信号输出端分别连接到第二耦合器104的输入端，第二耦合器104的输出端与宽带Doherty放大器105的信号输入端连接，所述第二耦合器104将经延时器103时延后的射频输入信号和经宽带模拟预失真IC芯片102处理后的预失矫正信号进行耦合，并将耦合后的信号发送到宽带Doherty放大器105的输入端；宽带Doherty放大器105将放大后的信号进行输出。

本实施例中，第一耦合器101将射频输入信号分成两路，一路主信号传送给延时器103，另一路取样信号发送给宽带模拟预失真IC芯片102，宽带模拟预失真IC芯片102将取样信号进行预失真处理后输出给第二耦合器104，宽带模拟预失真IC芯片102处理信号延迟的时间越长，延时器103的时延就相应的等长，以保证相对应的时延；第二耦合器104将经过延时器103的时延信号和宽带模拟预失真IC芯片102处理后的预失矫正信号耦合在一起后输出给宽带Doherty放大器105，宽带Doherty放大器105对信号进行放大，通过宽带Doherty放大器105产生的非线性失真与宽带模拟预失真IC芯片102产生的预失矫正信号对消，实现线性改善。

本实施例中的宽带模拟预失真IC芯片102可采用预失真器SC190X系列实现。模拟预失真技术由以模拟预失真IC芯片为核心的预失真单元实现，宽带Doherty技术实现高效率，两种技术相结合实现高线性的高效率放大器。

本实施例中采用Doherty技术，具体包括平衡Doherty、非平衡Doherty、E-Doherty、多路Doherty等的不同应用形式。其中，GaN宽带Doherty技术首先需要考虑Carrier路和Peak路的单管选型宽带；其次是在单管拓扑微带匹配仿真设计时，考虑超宽带设计。在馈电网络上也需要通过设计技巧来最大能力地降低记忆效应引起的非线性。最后，Doherty的架构的输入功分电路和输出端1/4λ阻抗变换牵引线的设计。也可直接选型GaN材料来实现Doherty电路的设计。

本实施例中，宽带Doherty放大器105的射频域带宽需满足3*BW(100MHz)的非线性采样带宽，而宽带模拟预失真IC芯片支持3*BW约300MHz的采样带宽。

相对于DPD技术方案而言，宽带Doherty放大器对时钟、滤波器和上变频等要求降低，从基带到功放输出链路中的所有器件都可工作于1倍信号带宽。仅有功放和预失真芯片受到扩展带宽的影响。这种预失真解决方案低功耗、小型化、低成本；技术实现简单，可生产性好，系统稳定性高。

采用本实用新型实施例提供的宽带模拟预失真功率放大器装置，采用模拟预失真技术IC实现，具有高线性、多载波、小型化、低成本等技术优势。解决了100MHz带宽的多载波或聚合宽带信号的线性化改善问题。

本实用新型实施例提供的宽带模拟预失真功率放大器装置，将宽带模拟预失真IC芯片和宽带Doherty放大器相结合，能够实现宽带多载波LTE或5G宽带100MHz瞬时信号带宽的载波信号放大及线性化处理，得到一种高效率、低成本、小型化的宽带多载波LTE功率放大器或宽带5G功率放大器。本实施例提供的宽带模拟预失真功率放大器装置，其工作效率可以达到28％以上。

参照图2，本实用新型施例提出的宽带模拟预失真功率放大器装置，还包括第三耦合器106，第三耦合器106的输入端与宽带Doherty放大器105的输出端连接，第三耦合器106的输出端与宽带模拟预失真IC芯片102连接，以将所述宽带Doherty放大器105放大后的信号输出，并将输出信号反馈到所述宽带模拟预失真IC芯片102。

本实施例中，第三耦合器106将宽带Doherty放大器105发来的信号输出,并取样部分信号反馈给宽带模拟预失真IC芯片102，以供宽带模拟预失真IC芯片102将反馈信号与第一耦合器101发来的线性信号相比较，并在芯片内部采用Volterra级数迭代算法求解，拟合反向非线性失真信号，不断优化对消效果并实现自适应功能，使得到的宽带模拟预失真功率放大器装置不但拥有高效率而且具有高线性的特点，而且通过采用现有的高集成的IC芯片，简化了电路，避免传统的模拟预失真技术需搭建硬件电路，工艺复杂不便于生产的问题。

参照图3，本实用新型实施例提出的宽带模拟预失真功率放大器装置，还包括第四耦合器107和自动电平控制电路108；

第四耦合器107的输出端与自动电平控制电路108的输入端连接，自动电平控制电路108的输出端与所述第一耦合器101的输入端连接，自动电平控制电路108对所述第四耦合器107接收到的射频输入信号进行功率调整，并将调整后的信号输入到的所述第一耦合器101。

进一步地，还包括控制器109，控制器109分别与第四耦合器107的输出端和自动电平控制电路108的控制端相连，用于根据第四耦合器107的输出信号控制自动电平控制电路108。

本实施例中，第四耦合器107、自动电平控制电路108(Automatic Level Control，ALC)和控制器109，其中，控制器可以通过MCU(Micro Control Unit，微控制器)或DSP实现，第四耦合器107分别与ALC108和控制器109相连，将输入信号传输给ALC108并取样输入信号发给控制器109，ALC108分别与控制器109和第一耦合器101相连，当输入信号功率超出额定值时，控制器109输出相应的控制命令控制ALC108对信号进行调整使信号稳定。

参照图4，本实用新型实施例提出的宽带模拟预失真功率放大器装置中，所述控制器109通过串行外设接口与所述宽带模拟预失真IC芯片102连接。

本实施例中，控制器109还可以通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)与宽带模拟预失真IC芯片102通信，当控制器109检测到输入信号功率小于预设阈值时，所述预设阈值可根据需要设定，将宽带模拟预失真IC芯片102关掉，因为当信号很小时，宽带Doherty放大器105输出信号的非线性特征也很弱，可不必进行预失真。

此外，控制器109还可以实现对宽带模拟预失真IC芯片102的软件更新功能，具体如下：

通过PC软件读取所要下载的软件文件，并将数据分成若干分；

将已分开的数据包按下载协议打包；

向目标板发送下载命令，使目标板做好下载准备；

目标板MCU准备好后，每隔一定时间向目标版发送一包数据；

目标板MCU成功接收数据后，便将数据转发给预失真IC芯片；

当数据都传送完毕后，复位预失真IC芯片；

完成程序的更新。

在一个具体实施例中，MCU或DSP通过SPI接口控制模拟预失真IC芯片，实现smooth模式。该模拟预失真技术是IC芯片内部通过Volterra级数迭代算法求解，实时改善Doherty非线性的基本工作原理。但实际产品应用中的信号是高峰均比的非恒包络信号，信号的功率实时在变化；以及开关机切换状态。为了缩短Volterra级数迭代算法求解的过程时间，采用了MCU或DSP的smooth模式。该模式是将初次调试时的“Volterra级数迭代算法求解”最佳对消系数保存到EPPROM，以后无论产品反复开关机或功率变化，预失真IC在MCU或DSP软件控制下总是从该保存的对消状态开始进行Volterra级数迭代算法求解。从而缩短了从新求解的迭代过程时间。

进一步地，在所述第二耦合器104和宽带Doherty放大器105之间还设置有自动增益控制电路(Automatic Gain Control，AGC)201，所述控制器109分别与所述第三耦合器106的输出端以及所述自动增益控制电路201的控制端相连，自动增益控制电路201用于根据所述第三耦合器106的输出信号控制所述自动增益控制电路201。

本实施例中，在第二耦合器104之后增加了AGC，AGC串联于第二耦合器104和宽带Doherty放大器105之间，第三耦合器106将输出信号的功率传送给控制器109，控制器109根据输入信号的功率和输出信号的功率判断功率放大器的当前增益，当当前增益与额定增益有差值时控制AGC进行增益补偿。

本实用新型，将新型模拟预失真IC技术和Doherty技术融合，实现多载波、宽带功率放大器的线性化和效率改善，同时通过监控软件程序实现软无控制功能，来实现功放内部自适应控制。其中，模拟预失真单元电路包括：射频输入信号差分匹配、功放反馈信号差分匹配、预失真预矫正信号差分匹配、晶振参考源电路、LDO电源电路、时延电路等

其中，控制器109还与宽带Doherty放大器105的控制端相连。本实施例中，宽带Doherty放大器105可采用LDMOS或GaN材料实现。当采用LDMOS实现宽带Doherty放大器时，控制器109还可以根据LDMOS管的栅极温漂特性，拟合温补曲线来控制Doherty放大器的栅极电压以使LDMOS管工作在线性工作状态状态。

参照图5，本实用新型实施例提出的宽带模拟预失真功率放大器装置，还包括设置在所述自动电平控制电路108和所述第一耦合器101之间的第一功率放大管202，以及设置在所述自动增益控制电路201和所述宽带Doherty放大器105之间的第二功率放大管203。

本实用新型实施例提供的宽带模拟预失真功率放大器装置至少具有以下

有益效果：

1、采用新型超宽带模拟预失真IC，开发新型功率放大器，系统高度集成；瞬时载波带宽达100MHz，预失真IC内部采样带宽达300MHz，ACPR线性改善12dB以上。

2、采用宽带Doherty技术，效率可达28％；采用GaN宽带Doherty技术，效率可达40％。

3、采用MCU或DSP软件控制预失真IC实现smooth模式快速对消。

4、具有“超宽带、多载波、高线性、高效率、低成本、小型化”等技术优势。

本实用新型实施例还提供了一种发射机，所述发射机包括如上任一实施例所述的宽带模拟预失真功率放大器装置。具体的，以如图1所述的宽带模拟预失真功率放大器装置为例对本实施例提供的发射机进行具体说明。本实施例提供的发射机包括如图1所述的宽带模拟预失真功率放大器装置，通过将宽带模拟预失真IC芯片和宽带Doherty放大器相结合，能够实现宽带多载波LTE或5G宽带100MHz瞬时信号带宽的载波信号放大及线性化处理，得到一种高效率、低成本、小型化的宽带多载波LTE功率放大器或宽带5G功率放大器。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。