一种可重构射频功率放大器、控制方法以及通信系统与流程

本发明涉及功放，尤其涉及一种可重构射频功率放大器及其控制方法以及一种通信系统。

背景技术：

1、功率放大器(power amplifier缩写pa)是现代无线通信系统中能耗最高的部件。现代无线通信系统多采用正交振幅调制(quadrature amplitude modulation缩写qam)和正交频分复用技术(orthogonal frequency division multiplexing缩写ofdm)，这导致射频信号包络非恒定，具有一定大小的峰均比(peak average ratio缩写par)。一般情况下，pa的效率随输出功率增加而增加，在pa输出功率达到饱和时效率最高。为了提高整个系统的效率，目前的无线通信系统中多采用射频功率放大器(doherty pa)。

2、doherty pa通过有源负载调制方法提高了pa工作在回退状态时的效率。经典的doherty pa具有主路和辅路两路。其中主路输出端接四分之一波长阻抗变换线，实现有源负载调制功能。主路和辅路的输入端及辅路的输出端均接相位补偿线，实现主路和辅路在合路点处同相叠加，减小输出功率叠加损耗。

3、目前doherty pa主路多偏置在ab类，辅路多偏置在c类。在输入射频信号功率较小时，主路开启，doherty pa工作在高效率状态，此时辅路关断。随输入射频信号功率增加，主路逐渐达到饱和状态，此时pa效率达到第一个峰值点。随输入射频信号功率进一步增加，辅路开启，向合路点注入电流。受此影响，主路的负载阻抗发生变化，逐渐由高效率状态变化为高功率状态。当主路和辅路同时达到饱和时，pa效率达到第二个峰值点。

4、但doherty pa受限于四分之一波长阻抗变换线的窄带阻抗变换特性，其工作带宽多为窄带。同时doherty pa主路和辅路多为固定输出功率，无法调节，导致doherty pa的饱和功率和主路、辅路功分比都是固定值。这些都限制了doherty pa在宽带和多模通信系统中的应用和和性能。

技术实现思路

1、本发明提供一种可重构射频功率放大器及其控制方法以及一种通信系统，提出了一种可重构doherty pa的结构，能够实现doherty pa的工作频段、饱和功率和主路、辅路功率比可调节，能够提升doherty pa在宽带和多模通信系统中的可用性及性能。

2、本发明实施例第一方面提供一种可重构射频功率放大器，所述可重构射频功率放大器包括：第一单元、主路单元、辅路单元、第二单元以及控制单元；

3、所述控制单元与所述第一单元、所述主路单元、所述辅路单元、所述第二单元分别电连接，所述控制单元用于根据接收的可重构射频功率放大器所需工作频段、饱和功率以及功分比对应的信号，生成控制信号并发送至目标单元，所述目标单元包括：所述第一单元、所述主路单元、所述辅路单元以及所述第二单元中的一个单元或者多个单元；

4、所述第一单元，用于在接收到对应的控制信号时进行重构，将所述射频信号按照所需工作频段和功分比分成两路射频信号，分别传输至所述主路单元和所述辅路单元；

5、所述主路单元和所述辅路单元均与所述第二单元电连接，所述主路单元和所述辅路单元分别用于在各自接收到对应的控制信号时各自进行重构，调节各自接收到的射频信号的输出功率，并将调节输出功率后的射频信号各自传输至所述第二单元；

6、所述第二单元，用于在接收到对应的控制信号时进行重构，对来自于所述主路单元、所述辅路单元的射频信号在合路点位置的阻抗和工作频段进行调节，并将调节阻抗和工作频段后的射频信号传输至所述可重构射频功率放大器的输出端。

7、可选地，所述第一单元包括：功分器组合和多个选择开关，所述功分器组合由具有不同功分比的功分器组合而成；

8、多个所述选择开关的通断受控于对应所述第一单元的控制信号，多个所述选择开关用于在不同的通断状态下重构所述功分器组合的连接状态，将接收到的所述射频信号按照所需工作频段和功分比分成两路射频信号；

9、或者，所述第一单元包括：多个可调器件；

10、多个所述可调器件的参数大小受控于对应所述第一单元的控制信号，多个所述可调器件用于在不同的参数大小下重构多个所述可调器件的整体参数大小，将接收到的所述射频信号按照所需工作频段和功分比分成两路射频信号。

11、可选地，所述主路单元包括：主路第一子单元、主路第二子单元、主路第三子单元、主路第四子单元、主路第五子单元；对应所述主路单元的控制信号包括对应每个子单元的控制信号；

12、所述主路第一子单元和所述主路第五子单元各自被配置为受控于各自对应的控制信号，重构所述主路第一子单元和所述主路第五子单元各自的参数大小，得到主路所需特征阻抗与电长度的相位补偿线；

13、所述主路第二子单元和所述主路第四子单元各自被配置为受控于各自对应的控制信号，重构所述主路第二子单元和所述主路第四子单元各自的参数大小，得到主路所需工作频段与匹配阻抗的匹配网络；

14、所述主路第三子单元被配置为受控于对应所主路第三子单元的控制信号，重构所述主路第三子单元的参数大小，得到主路所需器件尺寸。

15、可选地，所述辅路单元包括：辅路第一子单元、辅路第二子单元、辅路第三子单元、辅路第四子单元、辅路第五子单元；对应所述辅路单元的控制信号包括对应每个子单元的控制信号；

16、所述辅路第一子单元和所述辅路第五子单元各自被配置为受控于各自对应的控制信号，重构所述辅路第一子单元和所述辅路第五子单元各自的参数大小，得到辅路所需特征阻抗与电长度的相位补偿线；

17、所述辅路第二子单元和所述辅路第四子单元各自被配置为受控于各自对应的控制信号，重构所述辅路第二子单元和所述辅路第四子单元各自的参数大小，得到辅路所需工作频段与匹配阻抗的匹配网络；

18、所述辅路第三子单元被配置为受控于对应所述辅路第三子单元的控制信号，重构所述辅路第三子单元的参数大小，得到辅路所需器件尺寸。

19、可选地，所述第二单元包括：多个匹配网络和多个选择开关，每个匹配网络对应的工作频段与匹配阻抗不同；

20、多个所述选择开关的通断受控于对应所述第二单元的控制信号，多个所述选择开关用于在不同的通断状态下重构多个所述匹配网络的连接状态，得到合路点所需工作频段与匹配阻抗的匹配网络；

21、或者，所述第二单元包括：多个可调器件；

22、多个所述可调器件的参数大小受控于对应所述第二单元的控制信号，多个所述可调器件用于在不同的参数大小下重构多个所述可调器件的整体参数大小，得到合路点所需工作频段与匹配阻抗的匹配网络。

23、可选地，所述控制单元中配置有查找表或者运算程序；

24、所述控制单元被配置为接收所述所需工作频段、饱和功率以及功分比对应的信号，利用所述查找表，生成并发送对应所述第一单元、所述主路单元、所述辅路单元、所述第二单元的控制信号；或者，

25、所述控制单元被配置为接收所述所需工作频段、饱和功率以及功分比对应的信号，利用所述运算程序，生成并发送对应所述第一单元、所述主路单元、所述辅路单元、所述第二单元的控制信号。

26、可选地，所述第一单元包括：功分器组合和第一选择开关、第二选择开关以及第三选择开关，其中，所述第一选择开关、所述第二选择开关以及所述第三选择开关均为多路选择开关；

27、所述功分器组合中所有功分器的输入端均与所述第一选择开关的选择端电连接，一个功分器的输入端与所述第一选择开关的一个选择端电连接；

28、所述第一选择开关的固定端接收所述射频信号，所述第一选择开关被配置为受控于对应所述第一单元的控制信号，导通或断开所述第一选择开关的固定端和所述第一选择开关的任一选择端，以重构所述功分器组合的连接状态；

29、所有功分器的输出端均分别与所述第二选择开关的选择端、所述第三选择开关的选择端电连接，一个功分器的输出端与所述第二选择开关的一个选择端、所述第三选择开关的一个选择端电连接；

30、所述第二选择开关的固定端与所述主路单元中主路第一子单元电连接，所述第二选择开关被配置为受控于对应所述第一单元的控制信号，导通或断开所述第二选择开关的固定端和所述第二选择开关的任一选择端，以重构所述功分器组合的连接状态；

31、所述第三选择开关的固定端与所述辅路单元中辅路第一子单元电连接，所述第三选择开关被配置为受控于对应所述第一单元的控制信号，导通或断开所述第三选择开关的固定端和所述第三选择开关的任一选择端，以重构所述功分器组合的连接状态。

32、可选地，多个所述可调器件包括：第一可调电容、第二可调电容、第三可调电容、第一可调电感、第二可调电感；

33、所述第一可调电容的第一端接收所述射频信号，并与所述第一可调电感的第一端、所述第二可调电感的第一端分别电连接；

34、所述第一可调电容的第二端接地，所述第一可调电容被配置为受控于对应所述第一单元的控制信号，改变所述第一可调电容的电容值大小，以重构所述功分器组合的连接状态；

35、所述第一可调电感的第二端与所述第二可调电容的第一端电连接，所述第一可调电感被配置为受控于对应所述第一单元的控制信号，改变所述第一可调电感的电感值大小，以重构所述功分器组合的连接状态；

36、所述第二可调电感的第二端与所述第三可调电容的第一端电连接，所述第二可调电感被配置为受控于对应所述第一单元的控制信号，改变所述第二可调电感的电感值大小，以重构所述功分器组合的连接状态；

37、所述第二可调电容的第二端与所述主路单元中主路第一子单元电连接，所述第二可调电容被配置为受控于对应所述第一单元的控制信号，改变所述第二可调电容的电容值大小，以重构所述功分器组合的连接状态；

38、所述第三可调电容的第二端与所述辅路单元中辅路第一子单元电连接，所述第三可调电容受控于对应所述第一单元的控制信号，改变所述第三可调电容的电容值大小，以重构所述功分器组合的连接状态。

39、可选地，所述主路第三子单元和辅路单元中辅路第三子单元的结构相同，均为有源器件；

40、所述主路第三子单元包括：第四选择开关、第五选择开关以及多个子器件，其中，所述第四选择开关、所述第五选择开关均为多路选择开关，所述子器件包含在所述有源器件内部，每个子器件对应的器件尺寸不同；

41、每个子器件的输入端与所述第四选择开关的一个选择端电连接；

42、所述第四选择开关的固定端与所述主路第二子单元电连接，所述第四选择开关被配置为受控于对应所述主路第三子单元的控制信号，导通或断开所述第四选择开关的固定端和所述第四选择开关的任一选择端，以重构子器件对应的器件尺寸；

43、每个子器件的输出端与所述第五选择开关的一个选择端电连接；

44、所述第五选择开关的固定端与所述主路第四子单元电连接，所述第五选择开关被配置为受控于对应所述主路第三子单元的控制信号，导通或断开所述第五选择开关的固定端和所述第五选择开关的任一选择端，以重构子器件对应的器件尺寸。

45、可选地，所述主路第三子单元和辅路单元中辅路第三子单元的结构相同，均为有源器件；

46、所述辅路第三子单元包括：多个通断开关和多个子器件，其中，多个所述通断开关均为单路通断开关，所述子器件包含在所述有源器件内部；

47、多个所述子器件包括：最小尺寸子器件和多个差值尺寸子器件，所述差值尺寸子器件的器件尺寸用于补充所述最小尺寸子器件对应的器件尺寸，以使得所述子器件整体的器件尺寸满足所需输出功率；

48、多个所述子器件通过多个所述通断开关并联连接，其中：

49、任一子器件的输入端和与其并联的另一子器件的输入端之间设有一个所述通断开关，任一子器件的输出端和与其并联的另一子器件的输出端之间设有一个所述通断开关；

50、多个所述通断开关被配置为受控于对应所述主路第三子单元的控制信号，导通或断开多个所述通断开关所连接子器件的输入端、输出端，以重构子器件对应的器件尺寸；

51、所述最小尺寸子器件的输入端还与所述主路第二子单元连接，所述最小尺寸子器件的输出端还与所述主路第四子单元连接。

52、可选地，所述主路第一子单元、所述主路第五子单元、辅路单元中辅路第一子单元以及辅路单元中辅路第五子单元的结构均相同，均为微带线；

53、所述主路第一子单元包括：多个微带线和第六选择开关、第七选择开关，其中，每个微带线对应的特征阻抗与电长度不同，所述第六选择开关、所述第七选择开关均为多路选择开关；

54、所有微带线的输入端均与所述第六选择开关的选择端电连接，一个微带线的输入端与所述第六选择开关的一个选择端电连接；

55、所述第六选择开关的固定端与所述第一单元电连接，所述第六选择开关被配置为受控于对应所述主路第一子单元的控制信号，导通或断开所述第六选择开关的固定端和所述第六选择开关的任一选择端，以重构微带线对应的特征阻抗与电长度；

56、所有微带线的输出端均与所述第七选择开关的选择端电连接，一个微带线的输出端与所述第七选择开关的一个选择端电连接；

57、所述第七选择开关的固定端与所述主路第二子单元电连接，所述第七选择开关被配置为受控于对应所述主路第一子单元的控制信号，导通或断开所述第七选择开关的固定端和所述第七选择开关的任一选择端，以重构微带线对应的特征阻抗与电长度。

58、可选地，所述主路第一子单元、所述主路第五子单元、辅路单元中辅路第一子单元以及辅路单元中辅路第五子单元的结构均相同；

59、所述辅路第一子单元包括：第四可调电容、第五可调电容、第三可调电感；

60、所述第四可调电容的第一端与所述第一单元、所述第三可调电感的第一端分别电连接；

61、所述第四可调电容的第二端接地，所述第四可调电容被配置为受控于对应所述主路第一子单元的控制信号，改变所述第四可调电容的电容值大小，以重构所需特征阻抗与电长度；

62、所述第三可调电感的第二端与所述第五可调电容的第一端、所述主路第二子单元分别电连接，所述第三可调电感被配置为受控于对应所述主路第一子单元的控制信号，改变所述第三可调电感的电感值大小，以重构所需特征阻抗与电长度；

63、所述第五可调电容的第二端接地，所述第五可调电容被配置为受控于对应所述主路第一子单元的控制信号，改变所述第五可调电容的电容值大小，以重构所需特征阻抗与电长度。

64、可选地，所述主路第二子单元、所述主路第四子单元、辅路单元中辅路第二子单元、辅路单元中辅路第四子单元、所述第二单元的结构均相同，均为匹配网络；

65、所述主路第二子单元包括：多个匹配网络和第八选择开关、第九选择开关，其中，每个匹配网络对应的工作频段与匹配阻抗不同，所述第八选择开关、所述第九选择开关均为多路选择开关；

66、所有匹配网络的输入端均与所述第八选择开关的选择端电连接，一个匹配网络的输入端与所述第八选择开关的一个选择端电连接；

67、所述第八选择开关的固定端与所述主路第一子单元电连接，所述第八选择开关被配置为受控于对应所述主路第二子单元的控制信号，导通或断开所述第八选择开关的固定端和所述第八选择开关的任一选择端，以重构匹配网络对应的工作频段与匹配阻抗；

68、所有匹配网络的输出端均与所述第九选择开关的选择端电连接，一个匹配网络的输出端与所述第九选择开关的一个选择端电连接；

69、所述第九选择开关的固定端与所述主路第三子单元电连接，所述第九选择开关被配置为受控于对应所述主路第二子单元的控制信号，导通或断开所述第九选择开关的固定端和所述第九选择开关的任一选择端，以重构匹配网络对应的工作频段与匹配阻抗。

70、可选地，所述主路第二子单元、所述主路第四子单元、辅路单元中辅路第二子单元、辅路单元中辅路第四子单元、所述第二单元的结构均相同；

71、所述辅路第二子单元包括：第六可调电容、第四可调电感、第五可调电感；

72、所述第四可调电感的第一端与所述主路第一子单元、所述第六可调电容的第一端分别电连接；

73、所述第四可调电感的第二端接地，所述第四可调电感被配置为受控于对应所述主路第二子单元的控制信号，改变所述第四可调电感的电感值大小，以重构所需工作频段与匹配阻抗；

74、所述第六可调电容的第二端与所述第五可调电感的第一端、所述主路第三子单元分别电连接，所述第六可调电容被配置为受控于对应所述主路第二子单元的控制信号，改变所述第六可调电容的电容值大小，以重构所需工作频段与匹配阻抗；

75、所述第五可调电感的第二端接地，所述第五可调电感被配置为受控于对应所述主路第二子单元的控制信号，改变所述第五可调电感的电感值大小，以重构所需工作频段与匹配阻抗。

76、本发明实施例第二方面提供一种可重构射频功率放大器的控制方法，所述可重构射频功率放大器包括：第一单元、主路单元、辅路单元、第二单元以及控制单元；所述控制方法包括：

77、所述控制单元接收可重构射频功率放大器所需工作频段、饱和功率以及功分比对应的信号；

78、所述控制单元根据所述所需工作频段、饱和功率以及功分比对应的信号，确定需要进行重构的目标单元并生成对应所述目标单元的控制信号，以及向所述目标单元发送对应的控制信号；

79、若所述第一单元接收到对应的控制信号，所述第一单元根据该对应的控制信号进行重构，将接收到的射频信号按照所需工作频段和功分比分成两路射频信号，分别传输至所述主路单元和所述辅路单元；

80、若所述主路单元接收到对应的控制信号，所述主路单元根据该对应的控制信号进行重构，调节接收到的射频信号的输出功率，并将调节输出功率后的射频信号传输至所述第二单元；

81、若所述辅路单元接收到对应的控制信号，所述辅路单元根据该对应的控制信号进行重构，调节接收到的射频信号的输出功率，并将调节输出功率后的射频信号传输至所述第二单元；

82、若所述第二单元接收到对应的控制信号，所述第二单元根据该对应的控制信号进行重构，对来自于所述主路单元、所述辅路单元的射频信号在合路点位置的阻抗和工作频段进行调节，并将调节阻抗和工作频段后的射频信号传输至所述可重构射频功率放大器的输出端。

83、本发明实施例第三方面提供一种通信系统，所述通信系统包括如第一方面任一所述的可重构射频功率放大器。

84、本发明提供的可重构射频功率放大器，在整个运行工作的过程中，每一个单元均可进行重构，从而实现不同工作频段、不同功分比、主路、辅路不同输出功率以及饱和功率的可调节。使得可重构射频功率放大器不再受限于四分之一波长阻抗变换线的窄带阻抗变换特性，主路、辅路输出功率也不再固定，较好的提升了doherty pa在宽带和多模通信系统中的可用性及性能，具有较高的实用性价值。