耦合阵列功率放大器

1.本发明涉及无线通信领域，具体涉及耦合阵列功率放大器。


背景技术：

2.传统意义上，射频功放被认为是一种单纯的能量传输单元，其功能是在保证线性度的情况下将传输信号的功率放大以便发射。在这种认知下，射频功放性能的提升通常即意味着可以在更宽的工作带宽内以更高的能量效率进行功率放大。也正因为如此，针对无线传输系统的需求，适应信号特征的效率提升与带宽扩展技术一直是功放研究领域的热点。进入4g时代以来，无线通信系统发展伴随着网络架构的多样化、智能化和信号特征的复杂化。这些趋势使得功放研究者不再局限于功放本征性能的提升，也开始着眼于探索功放功能的多样化以提升系统的集成度和智能化程度。较为典型例子是数字功放，通过使用数字信号驱动的大量有源晶体管，数字功放通常兼具频率变换和功率放大的功能。以上论及的技术采用大量有源晶体管或多支路架构给功放赋予了能量传输以外的新功能，这可以被认为是通过阵列化手段来扩展功放系统功能的尝试。目前功放阵列化所实现的附加功能普遍局限于功放性能相关的功能，或是取代原有射频链路中其他部件的功能。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术的不足，目的在于解决多输出端口耦合阵列功放的功率分布控制问题、多输入复杂信号激励下耦合阵列功放的响应问题。因此，提出耦合阵列功率放大器，具体技术方案如下：
4.耦合阵列功率放大器，其特征在于：包括射频输出端口、射频移相器、耦合阵列功放组和多端口耦合阵列；
5.该射频输出端口分别输出n路射频信号x1(t)、x2(t)、x3(t)、
……
、xn(t)；
6.所述n个射频移相器构成控制相位阵列[θ1θ2θ3θ4……
θn]
t
；
[0007]
n路射频移相器分别对所述射频信号x1(t)、x2(t)、x3(t)、
……
、xn(t)移相处理，得到移相后的信号向量
[0008]
将信号向量通过耦合阵列功放组进行功率放大处理，该耦合阵列功放组的增益为g，得到放大后的射频信号
[0009]
多端口耦合阵列的传递函数矩阵为cm，多端口耦合阵列的输出端口信号向量为
[0010]
通过将射频信号输入到多端口耦合阵列中，得到n＝4n。
[0011]
为更好的实现本发明，进一步地：所述多端口耦合阵列为四端口结构，包括第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器；
[0012]
所述第一耦合器的第一输出端口与所述第二耦合器的第一输入端口相连，所述第
一耦合器的第二输出端口与所述第四耦合器的第一输入端口相连；
[0013]
所述第三耦合器的第一输出端口与所述第二耦合器的第二输入端口相连；
[0014]
所述第一耦合器的第二输出端口与所述第四耦合器的第一输入端口相连；
[0015]
所述第三耦合器的第二输出端口与所述第四耦合器的第二输入端口相连；
[0016]
所述第一耦合器和所述第三耦合器的输入端为多端口耦合阵列的输入端；
[0017]
所述第二耦合器和所述第四耦合器的输出端为所述多端口耦合阵列的输出端。
[0018]
进一步地：所述射频输入信号为模拟信号或者数字信号。
[0019]
本发明的有益效果为：提出一种输出功率分布可控的多输出端口耦合阵列功放架构，通过输入相位调整实现合成功率路径切换以及多输出路径功率可重配功能，得到相应的控制相位阵列信号方案。
[0020]
同时，通过多端口耦合阵列功放架构进一步研究多输入复杂信号激励条件下的耦合阵列功放系统响应，实现一种基于耦合阵列功放的多输入多输出系统。
附图说明
[0021]
图1为四输出端口耦合阵列功放结构框图；
[0022]
图2为数模转换结构图；
[0023]
图3为端口1输出结构图；
[0024]
图4为端口2输出结构图；
[0025]
图5为端口3输出结构图；
[0026]
图6为端口4输出结构图；
[0027]
图7为16组耦合阵列功放结构框图。
具体实施方式
[0028]
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，所描述的实施例仅仅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做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。
[0029]
如图1所示，一种耦合阵列功率放大器，包括射频输出端口、射频移相器、耦合阵列功放组和多端口耦合阵列；
[0030]
多端口耦合阵列四个为一组，可扩展为4个、16个、64个、256个等等，射频输入信号为模拟信号或者数字信号。在本实施例中，以4个的多端口耦合阵列展开进行说明，16个、64个和256个，在原理上类似。具体的，该射频输出端口分别输出四路射频信号x1(t)、x2(t)、x3(t)和x4(t)；
[0031]
四个射频移相器构成控制相位阵列[θ1θ2θ3θ4]
t
；
[0032]
四个射频移相器分别对所述四路射频信号x1(t)、x2(t)、x3(t)和x4(t)移相处理，得到移相后的信号向量
[0033]
将通过耦合阵列功放组进行功率放大处理，该耦合阵列功放组的增益为g，得到放大后的射频信号
[0034]
多端口耦合阵列采用四输出端口为例。多端口耦合阵列的传递函数矩阵为cm，对于四输出端口的耦合阵列而言，根据多端口网络的性质容易得出其传递函数矩阵可以写成如下形式：
[0035][0036]
多端口耦合阵列的四个输出端口信号向量为
[0037]
射频信号输入到多端口耦合阵列中，得到
[0038]
其中，在本实施例中，多端口耦合阵列包括第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器；
[0039]
第一耦合器的第一输出端口与第二耦合器的第一输入端口相连，第一耦合器的第二输出端口与第四耦合器的第一输入端口相连；
[0040]
第三耦合器的第一输出端口与第二耦合器的第二输入端口相连；
[0041]
第一耦合器的第二输出端口与第四耦合器的第一输入端口相连；
[0042]
第三耦合器的第二输出端口与第四耦合器的第二输入端口相连；
[0043]
第一耦合器和第三耦合器的输入端为多端口耦合阵列的输入端；
[0044]
第二耦合器和第四耦合器的输出端为多端口耦合阵列的输出端，射频信号经过耦合器都需要维持在平衡工作模式，每个有射频信号经过的耦合器的两个输入端口均需维持90度相位差。
[0045]
如图1所示的结构中，射频输入信号被等分为4路相同功率的射频信号，并传递给4个功能相同的射频移相器。
[0046]
4路射频信号分别经过移相器调整得到所需的相位后，送至4组相同的宽带高回退效率列耦合阵列功放组进行功率放大。
[0047]
经过放大的信号继续传递给4输出端口耦合阵列，并最终从某一路射频输出端口或者同时在多路射频输出端口输出。
[0048]
由于送至耦合阵列功放组的射频信号幅度相同，仅有相位上的差异，因此耦合阵列功放组的性能可以保证这一耦合阵列功放整体的本征性能。
[0049]
以图3为例，耦合器的两个输入端口均需维持90度相位差，根据所设置的控制相位阵列值，pa1和pa2的输出信号，从耦合器1的右上的支路输出送至耦合器2的左上输入端口，pa3和pa4的输出信号，从耦合器3的右上的支路输出送至耦合器2的左下输入端口，然后耦合器输出信号的相位关系，将两路信号从耦合器2的右上端口输出。从而实现功率合成。
[0050]
各路信号合成至端口2、3、4的情况与此相似，对应的信号走向与控制相位阵列值分别在图4、图5和图6中给出，在这里不再累述。从以上的分析可以看出，对于四输出端口耦合阵列功放，仅仅调整移相器的相位便可以实现合成功率的输出路径切换。
[0051]
当各输出耦合器的2个输入端口不再维持90度相位差的时候，多输出端口的耦合阵列功放则可以在多个输出端口同时输出功率，且维持总输出功率不变。通过调整各个移相器的调整相位，还可以控制不同的输出端口产生不同的输出功率等级。图7所示，16组由
如图4个四组组合而成，16组的连接方式按照如图4组的连接方式进行理论扩展，同时，可以进一步扩展到256组。
[0052]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0053]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。