一种射频放大模块的制作方法

本实用新型涉及功率放大技术，尤其是涉及一种TD-LTE系统中的射频放大模块。

背景技术：

随着移动通信的飞速发展，对网络建设要求越来越高。为了更好的满足用户高速业务的需求，中国移动等网络运营商和行业部门不断加大对TD-LTE (Time Division Long Term Evolution，分时长期演进)网络的建设。其中，TD-LTE 基站技术在网络建设中发挥着重要的作用。基站即公用移动通信基站是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。

TD-LTE基站设备(eNodeB)可分为分布式基站设备和一体化基站设备。其中，射频放大模块是TD-LTE分布式基站设备的射频远端设备(RRU)或一体化基站射频前端的重要组成部分，射频放大模块的技术指标决定了TD-LTE基站系统性能。目前现有的射频放大模块效率低下，无法满足TD-LTE基站系统性能的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，提供一种射频放大模块。

本实用新型提供的一种射频放大模块，包括下行放大单元、上行放大单元以及连接在下行放大单元和上行放大单元之间的射频开关，所述下行放大单元包括用于对下行链路输入的射频信号进行功率放大处理并输出的射频放大电路以及用于对射频放大电路的输入功率、正向输出功率和反向输出功率进行检测的辅助电路，所述上行放大单元包括用于对上行链路输入的射频信号进行低噪放大处理并输出的低噪声放大电路。

进一步地，所述射频放大电路包括依次连接的隔离器、第一压控衰减器、第一数控衰减器、第一放大器、第二压控衰减器、模拟预失真器、放大部分、正向耦合器和环形器，所述环形器与所述射频开关连接。

进一步地，所述隔离器用于将下行链路输入的射频信号进行隔离输出；所述第一压控衰减器用于调节从所述隔离器输出的射频信号的功率水平以将所述下行放大单元的最大输出功率控制在额定输出功率水平；所述第一数控衰减器用于根据所述第一压控衰减器输出的射频信号调节所述射频放大电路的增益；所述第一放大器用于将所述第一数控衰减器输出的射频信号线性放大到第一级功率水平；所述第二压控衰减器用于根据所述第一放大器输出的射频信号对所述射频放大电路进行增益温度补偿；所述模拟预失真器用于根据所述第二压控衰减器输出的射频信号以及所述正向耦合器输出的反馈信号对所述放大部分进行线性化矫正；所述放大部分用于对输入的射频信号按功率要求进行功率放大；所述正向耦合器用于将输入的射频信号耦合成三路射频信号并分别输出，所述三路射频信号中，第一路射频信号用于输出到所述环形器，第二路射频信号作为反馈信号用于输出到所述模拟预失真器，第三路射频信号用于输出到所述辅助电路以进行正向功率检测；所述环形器用于接收所述正向耦合器输出的第一路射频信号并分成两路输出，所述两路输出中，第一路输出的射频信号用于输出到外部设备，第二路输出的射频信号通过所述射频开关用于输出到所述辅助电路以进行反向功率检测。

进一步地，所述放大部分包括依次连接的第二放大器、第三放大器和第四放大器，所述第二放大器与所述模拟预失真器连接，所述第四放大器与所述正向耦合器连接；所述模拟预失真器用于根据所述第二压控衰减器输出的射频信号以及所述正向耦合器输出的反馈信号对所述第二放大器进行线性化矫正；所述第二放大器用于将输入的射频信号线性放大到第二级功率水平；所述第三放大器用于将输入的射频信号线性放大到第三级功率水平；所述第四放大器用于将输入的射频信号线性放大到要求的功率水平。

进一步地，所述辅助电路包括单片机、输入检波部分、正向检波部分和反向检波部分；所述输入检波部分一端连接在所述隔离器和所述第一压控衰减器之间，另一端连接到所述单片机，用于采样所述隔离器输出的射频信号的能量进行输入功率的检测并将检测的功率转化成电压量输入到单片机；所述正向检波部分一端与所述正向耦合器连接，另一端连接到所述单片机，用于对正向耦合器输出的第三路射频信号进行正向功率检测并将检测的功率转化成电压量输入到单片机；所述反向检波部分一端与所述射频开关连接，另一端连接到所述单片机，用于耦合采样所述环形器输出的第二路输出的射频信号的能量进行反向功率检测并将检测的功率转化成电压量输入到单片机；所述单片机用于对所述输入检波部分输入的电压量、所述正向检波部分输入的电压量、所述反向检波部分输入的电压量分别进行计算并得出相应的输入功率值、正向功率值和反向功率值。

进一步地，所述辅助电路还包括分别与所述单片机连接的自动电平控制部分、增益温度补偿部分、栅压温度补偿部分、温度检测部分和电流检测部分；所述自动电平控制部分包括所述第一压控衰减器；所述增益温度补偿部分包括所述第二压控衰减器；所述栅压温度补偿部分用于对所述射频放大电路的栅压进行温度补偿；所述温度检测部分用于对所述射频放大电路的温度进行检测；所述电流检测部分用于对所述射频放大电路的电流进行检测。

进一步地，所述低噪声放大电路包括依次连接的低噪声放大器、增益放大器、第三压控衰减器、滤波器和第二数控衰减器，所述低噪声放大器与所述射频开关连接；所述低噪声放大器用于对上行链路输入的射频信号进行低噪放大；所述增益放大器用于对所述低噪声放大器输出的射频信号进行增益放大；所述第三压控衰减器用于调节从所述增益放大器输出的射频信号的功率水平以将所述上行放大单元的最大输出功率控制在额定输出功率水平；所述滤波器用于对所述第三压控衰减器输出的射频信号进行滤波；所述第二数控衰减器用于根据所述滤波器输出的射频信号调节所述低噪声放大电路的增益并输出射频信号。

进一步地，所述正向耦合器包括第一路输出端、第二路输出端和第三路输出端；所述第一路输出端与所述环形器连接，用于输出所述第一路射频信号；所述第二路输出端与所述模拟预失真器连接，用于输出所述第二路射频信号；所述第三路输出端与所述辅助电路连接，用于输出所述第三路射频信号以进行正向功率检测。

进一步地，所述环形器包括第一输出端和第二输出端；所述第一输出端用于将所述第一路输出的射频信号输出到外部设备；所述第二输出端与所述射频开关连接，用于当所述射频开关切换到下行时隙时输出所述第二路输出的射频信号到所述辅助电路以进行反向功率检测。

进一步地，所述第三放大器和第四放大器都为由两个功放管构成的Doherty 结构放大器。

本实用新型的放大效率高，并具有良好的线性度，能满足TD-LTE基站系统的性能指标要求，具有比较好的应用前景。

【附图说明】

图1为本实用新型提供的一种射频放大模块的原理框图；

图2为本实用新型提供的一种射频放大模块的原理图；

图3是图1所示射频放大模块的射频放大电路对下行链路输入的射频信号进行功率放大处理并输出的方法的流程示意图；

图4是图1所示射频放大模块的辅助电路对射频放大电路的输入功率、正向输出功率和反向输出功率进行检测的方法的流程示意图；

图5是图1所示射频放大模块的低噪声放大电路对上行链路输入的射频信号进行低噪放大处理并输出的方法的流程示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

参考图1，本实用新型提供的一种射频放大模块，包括下行放大单元、上行放大单元以及连接在下行放大单元和上行放大单元之间的射频开关80。下行放大单元具有高效率、高线性、精确控制性能等特点。下行放大单元包括用于对下行链路输入的射频信号进行功率放大处理并输出的射频放大电路10以及用于对射频放大电路10的输入功率、正向输出功率和反向输出功率进行检测的辅助电路50。上行放大单元包括用于对上行链路输入的射频信号进行低噪放大处理并输出的低噪声放大电路90。射频开关80用于进行下行时隙和上行时隙的切换，以便分别对下行链路的射频信号进行功率放大处理并输出、上行链路的射频信号进行低噪放大处理并输出。本实施例中，下行放大单元、上行放大单元需要在外部上下行同步控制信号的控制下工作，以满足TD-LTE(Time Division Long Term Evolution，分时长期演进)上下行同步的效果。

下行放大单元还具有功放开关、功放过功告警和功放过流告警等功能。功放开关通过控制射频放大电路10的栅极电压，来实现信号电平的输出。功放过功告警是通过辅助电路80检测实际输出功率，与门限值比较，大于门限值时关射频放大电路10，显示过功告警。功放过流告警是通过辅助电路80检测实际工作电流，与门限值比较，大于门限值时关射频放大电路10，显示过流告警。

参考图2，射频放大电路10包括依次连接的隔离器11、第一压控衰减器12、第一数控衰减器13、第一放大器14、第二压控衰减器15、模拟预失真器16、放大部分、正向耦合器20和环形器21。环形器21与射频开关80连接。

隔离器11是表贴器件，中心频率1795MHz，插入损耗0.73dB(分贝)，隔离度10dB，额定功率2.5W，用于将下行链路输入的射频信号进行隔离输出。第一压控衰减器12由两个压控衰减二极管组成，作为自动电平控制电路的一部分，增益调节范围大于15dB，用于通过调节衰减量调节从隔离器11输出的射频信号的功率水平以将下行放大单元的最大输出功率控制在额定输出功率水平。第一数控衰减器13为高线性、5-bit射频数字分级衰减器，调节范围31dB，步进1dB，用于根据第一压控衰减器12输出的射频信号调节射频放大电路10的增益。第一放大器14为一个增益放大器，频率范围为50～4000MHz，P1dB(1dB的压缩点)是20.2dBm@1900MHz，增益是22.2dB@1900MHz，用于将第一数控衰减器13输出的射频信号线性放大到第一级功率水平。第二压控衰减器15为一个压控衰减二极管，作为增益温度补偿部分的一部分，增益调节范围大于10dB，用于根据第一放大器14输出的射频信号对射频放大电路10进行增益温度补偿。模拟预失真器的频率范围为1500-2200MHz，矫正量大于15dB，用于根据第二压控衰减器15输出的射频信号以及正向耦合器20输出的反馈信号对放大部分进行线性化矫正，以使放大部分进行线性化功率放大，使功率具有良好的线性度。放大部分用于对输入的射频信号按功率要求进行功率放大。正向耦合器20 采用微带耦合，用于将输入的射频信号耦合成三路射频信号并分别输出，所述三路射频信号中，第一路射频信号用于输出到环形器21，第二路射频信号作为反馈信号用于输出到模拟预失真器16，第三路射频信号用于输出到辅助电路50 以进行正向功率检测。环形器21采用高互调材料，插入损耗≤0.25dB，隔离度≥25dB，驻波比≤1.15，额定功率为150W，用于接收正向耦合器20输出的第一路射频信号并分成两路输出，所述两路输出中，第一路输出的射频信号用于输出到外部设备，第二路输出的射频信号通过射频开关80用于输出到辅助电路50 以进行反向功率检测。

正向耦合器20包括第一路输出端、第二路输出端和第三路输出端。第一路输出端与环形器21连接，用于输出第一路射频信号。第二路输出端与模拟预失真器16连接，用于输出第二路射频信号。第三路输出端与辅助电路50连接，用于输出第三路射频信号以进行正向功率检测。

环形器21包括第一输出端和第二输出端。第一输出端用于将第一路输出的射频信号输出到外部设备。第二输出端与射频开关80连接，用于当射频开关80 切换到下行时隙时输出第二路输出的射频信号到辅助电路50以进行反向功率检测。

放大部分包括依次连接的第二放大器17、第三放大器18和第四放大器19。第二放大器17是增益放大器，频率范围为400～2700MHz，P1dB是 28.5dBm@1900MHz，增益是20.0dB@1900MHz，与模拟预失真器16连接，用于将输入的射频信号线性放大到第二级功率水平。第三放大器18为由两个功放管构成的Doherty(多尔蒂)结构放大器，大幅度提高了放大的效率，单管峰值功率是10W@1880MHz，增益是18dB@1880MHz，采用+28V供电，用于将输入的射频信号线性放大到第三级功率水平。第四放大器19为由两个功放管构成的Doherty结构放大器，同样可大幅度提高放大的效率，单管峰值功率是 125W@1880MHz，增益是20.2dB@1880MHz，采用+28V供电，与正向耦合器 20连接，用于将输入的射频信号线性放大到要求的水平。模拟预失真器16用于根据第二压控衰减器15输出的射频信号以及正向耦合器20输出的反馈信号对第二放大器17进行线性化矫正，以使经过第二放大器17放大的射频信号具有良好的线性度，改善了射频信号线性的功能。

辅助电路50包括单片机51、输入检波部分52、正向检波部分53和反向检波部分54。输入检波部分52是采用峰值检波管，检测范围是40dB，检测精度小于±2dB，一端连接在隔离器11和第一压控衰减器12之间，另一端连接到单片机51，用于采样隔离器11输出的射频信号的能量进行输入功率的检测并将检测的功率转化成电压量输入到单片机51。正向检波部分53是采用均值检波管，检测范围是大于40dB，检测精度小于±1dB，一端与正向耦合器20连接，另一端连接到单片机51，用于对正向耦合器20输出的第三路射频信号进行正向功率检测并将检测的功率转化成电压量输入到单片机51。反向检波部分54是采用峰值检波管，检测范围是40dB，检测精度小于±2dB，一端与射频开关80连接，另一端连接到单片机51，用于耦合采样环形器21输出的第二路输出的射频信号的能量进行反向功率检测并将检测的功率转化成电压量输入到单片机51。单片机51是采用微处理器ATMEGA16L，是一款采用CMOS工艺生产的基于AVR 增强型RISC结构的8位低功耗单片机，用于对输入检波部分52输入的电压量、正向检波部分53输入的电压量、反向检波部分54输入的电压量分别进行计算并得出相应的输入功率值、正向功率值和反向功率值。单片机51设有与外部设备通信的通信接口，单片机51计算得出的功率值可通过通信接口输出到外部设备。

辅助电路50还包括分别与单片机连接的自动电平控制部分、增益温度补偿部分、栅压温度补偿部分、温度检测部分和电流检测部分。自动电平控制部分包括第一压控衰减器12，第一压控衰减器12受单片机51的控制，通过调节衰减量来调节射频放大电路10的增益。增益温度补偿部分包括第二压控衰减器15，第二压控衰减器15受单片机51的控制，对射频放大电路10进行增益温度补偿。栅压温度补偿部分受单片机51的控制用于对射频放大电路10的栅压进行温度补偿。温度检测部分受单片机51的控制用于对射频放大电路10的温度进行检测。电流检测部分受单片机51的控制用于对射频放大电路10的电流进行检测。

对射频放大电路10进行增益温度补偿的实现原理为：通过软件设置，对应不同温度段，设置不同电压补偿值。当射频放大电路10处于某个温度时，通过温度检测部分实时检测射频放大电路10的温度，单片机51根据对应温度段输出对应电压补偿值到第二压控衰减器15，第二压控衰减器15根据电压补偿值调节衰减量，从而实现对射频放大电路10的增益温度补偿，从而保证不同温度下的射频放大电路10的稳定增益。

低噪声放大电路90包括依次连接的低噪声放大器91、增益放大器92、第三压控衰减器93、滤波器94和第二数控衰减器95。低噪声放大器91与射频开关80连接。低噪声放大器91用于对上行链路输入的射频信号进行低噪放大。增益放大器92用于对低噪声放大器91输出的射频信号进行增益放大。第三压控衰减器93用于调节从增益放大器92输出的射频信号的功率水平以将上行放大单元的最大输出功率控制在额定输出功率水平。滤波器94用于对第三压控衰减器93输出的射频信号进行滤波。第二数控衰减器95用于根据滤波器94输出的射频信号调节低噪声放大电路90的增益并输出射频信号。

本实用新型的放大效率高，并具有良好的线性度，能满足TD-LTE基站系统的性能指标要求，具有比较好的应用前景。

还是参考图1，本实用新型还提供了一种射频放大模块的放大方法。射频放大模块包括下行放大单元、上行放大单元以及连接在下行放大单元和上行放大单元之间的射频开关80，下行放大单元包括射频放大电路10和辅助电路50，上行放大单元包括低噪声放大电路90。该方法包括以下步骤：

在下行链路中，通过射频放大电路10对下行链路输入的射频信号进行功率放大处理并输出。通过辅助电路50对射频放大电路10的输入功率、正向输出功率和反向输出功率进行检测。

在上行链路中，通过低噪声放大电路90对上行链路输入的射频信号进行低噪放大处理并输出。

参考图3，射频放大电路10对下行链路输入的射频信号进行功率放大处理并输出的方法，包括以下步骤：

S1、通过隔离器11将下行链路输入的射频信号进行隔离输出。

S2、通过第一压控衰减器12调节从隔离器11输出的射频信号的功率水平以将下行放大单元的最大输出功率控制在额定输出功率水平。

S3、通过第一数控衰减器13根据第一压控衰减器12输出的射频信号调节射频放大电路10的增益。

S4、通过第一放大器14将第一数控衰减器13输出的射频信号线性放大到第一级功率水平。

S5、通过第二压控衰减器15根据第一放大器14输出的射频信号对射频放大电路10进行增益温度补偿。

S6、通过模拟预失真器16根据第二压控衰减器15输出的射频信号以及正向耦合器20输出的反馈信号对第二放大器17进行线性化矫正。具体的，第二压控衰减器15输出的射频信号和正向耦合器20输出的反馈信号进入模拟预失真器16，通过运算，给出与第二放大器17失真方向相反的非线性信号输出，再输出到第二放大器17进行第一级功率水平的线性放大，从而实现改善射频信号线性的功能。

S7、通过第二放大器17将输入的射频信号线性放大到第二级功率水平。

S8、通过第三放大器18将输入的射频信号线性放大到第三级功率水平。

S9、通过第四放大器19将输入的射频信号线性放大到要求的功率水平。

S10、通过正向耦合器20将输入的射频信号耦合成三路射频信号并分别输出，所述三路射频信号中，第一路射频信号输出到环形器21，第二路射频信号作为反馈信号输出到模拟预失真器16，第三路射频信号输出到辅助电路50以进行正向功率检测。

S11、通过环形器21接收正向耦合器20输出的第一路射频信号并分成两路输出，所述两路输出中，第一路输出的射频信号输出到外部设备，第二路输出的射频信号通过射频开关80输出到辅助电路50以进行反向功率检测。

参考图4，辅助电路50对射频放大电路10的输入功率、正向输出功率和反向输出功率进行检测的方法，包括以下步骤：

S51、通过输入检波部分52采样隔离器11输出的射频信号的能量进行输入功率的检测并将检测的功率转化成电压量输入到单片机51，通过单片机51对输入的电压量进行计算并得出相应的输入功率值。

S52、通过正向检波部分53对正向耦合器20输出的第三路射频信号进行正向功率检测并将检测的功率转化成电压量输入到单片机51，通过单片机51对输入的电压量进行计算并得出相应的正向功率值。

S53、通过反向检波部分54在射频开关80切换到下行时隙时，耦合采样环形器21输出的第二路输出的射频信号的能量进行反向功率检测并将检测的功率转化成电压量输入到单片机51，通过单片机51对输入的电压量进行计算并得出相应的反向功率值。

参考图5，低噪声放大电路90对上行链路输入的射频信号进行低噪放大处理并输出的方法，包括以下步骤：

S91、通过低噪声放大器91对上行链路输入的射频信号进行低噪放大。

S92、通过增益放大器92对低噪声放大器91输出的射频信号进行增益放大。

S93、通过第三压控衰减器93调节从增益放大器92输出的射频信号的功率水平以将上行放大单元的最大输出功率控制在额定输出功率水平。

S94、通过滤波器94对第三压控衰减器93输出的射频信号进行滤波。

S95、通过第二数控衰减器95根据滤波器94输出的射频信号调节低噪声放大电路90的增益并输出射频信号。

以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，如对各个实施例中的不同特征进行组合等，这些都属于本实用新型的保护范围。