专利名称：实现宽带微功率线性功放的装置及方法
技术领域：
本发明涉及实现功率放大的方法及设备，尤其涉及应用于第三代移动通信直放站中的宽带微功率放大器及实现功率放大的方法。
背景技术：
随着现代移动通信技术的不断发展，现代移动通信系统也发展出第三代移动通信息通。由于第三代移动通信系统的其峰均比远高于第二代移动通信系统，因此导致对射频功率放大器的线性度要求越来越高，为满足线性需要许多中继功率放大设备大多为回退法功率放大器。
在一般的功率回退功放的调试中，大多是把每一级的线性度调到最佳，同时兼容线性和带内平坦度，然后将各级系统级联从而获得理想的指标，这样会导致工作的效率很低而且系统的工作频率带宽较窄。
发明内容
为克服现有技术采用回退法实现功率放大的方法和设备效率低和系统工作频率带宽较窄的缺陷，有必要提供设备效率高及系统工作频率带宽较宽的宽带微功率线性功放的实现方发及设备。
为解决上述技术问题，提供一种实现宽带微功率放大的装置，其包括射频功率放大部件以及控制和通信部件，该射频功率放大部件包括依序连接的一可变增益放大器、一多级功率驱动器、一输出放大器和一环行器，该控制和通信部件包括微处理器、正向功率检测器、反向功率检测器，以及由此组成的一个自动电平控制电路，其中，该正向功率检测器用于检测采样到的由该输出放大器输出的功率信号；该反向功率检测器用于检测由该环行器输出的功率信号，该微处理器根据该正向功率检测器和反向检测器的检测结果，提供一路或多路信号给该多级功率驱动器，以调节该实现宽带微功率放大的装置的偏置。
为解决上述技术问题，还提供一种实现宽带功率放大的方法，其包括以下步骤提供射频功率放大部件，其包括依序连接的一可变增益放大器、一多级功率驱动器、一输出放大器和一环行器；采样并检测该输出放大器的输出功率信号；采样并检测该环行器的输出功率信号；根据上述功率信号的检测结果产生并提供一路或多路调节信号给该多级功率驱动器，以调节该射频功率放大部件输出功率的偏置。
和现有技术相比，上述实现宽带微功率放大的装置及方法在输出端对输出电平采样检测并转化成为控制信号通过微处理器完成监测及功率和增益的控制。采用多级互补调节的办法，牺牲末级功放的部分频率响应特性来获得很高的线性以及较宽的工作带宽，通过驱动级的调整来改变各点的频率特性，以达到改善整个系统的频率响应的目的，从而具有较高的工作效率。
图1是本发明实施方式所提供的宽带微功率放大装置的整体结构示意图；图2是本发明第一实施方式的宽带微功率放大装置的电路框图；图3是本发明第二实施方式的宽带微功率放大装置的电路框图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明实施方式做进一步详细说明。
请参阅图1，为本发明实施方式提供的一种应用于第三代移动通信系统直放站中的宽带微功率放大装置的整体结构示意图。该宽带微功率放大装置包括两路射频输入口RFin1及RFin2、一路射频输出口RFout，以及电源接口+9V及GND、通信接口485A及485B、ISP编程接口等接口。
请参阅图2，为本发明第一实施方式的宽带微功率放大装置的电路框图。该宽带微功率放大装置包括射频功率放大部件以及控制和通信部件。该射频功率放大部件包括依序连接的一耦合器110、一可变增益放大器111、一数控衰减器112、一多级功率驱动器113、一隔离器114、一输出放大器115和一环行器116。该控制和通信部件包括温度检测器120、微处理器122、第一定向耦合器124和第二定向耦合器125、正向功率检测器123和反向功率检测器127，以及由此组成的一个自动电平控制电路121。另外，该第二定向耦合器125与负载126相连。
其中，该第一定向耦合器124设置在该输出放大器115与该环形器116之间，用于定向采样输出放大器115的输出功率信号，该正向功率检测器123与该第一定向耦合器124相连，用于检测由该第一定向耦合器124采样到的功率信号；该第二定向耦合器125连接至该环行器116，用于定向采样该环行器116的输出功率信号，该反向功率检测器127与该第二定向耦合器125相连，用于检测由该第二定向耦合器125采样到的功率信号，该微处理器122根据该正向功率检测器123和反向检测器的检测结果127，提供一路或多路信号给该多级功率驱动器113，以调节该实现宽带微功率放大的装置的偏置。
本实施方式中，该耦合器110可以采用3dB的耦合器。该可变增益放大器111可以采用一个增益为14dB，衰减范围为29dB的放大器，由它进行射频第一级放大并和其它电路组成用于自动电平控制(ALC)电路。该数控衰减器112用于对射频链路进行增益控制，由微处理器、非门与它协同实现。该多级驱动器113是一个3级放大的射频放大器。该输出放大器115接收输入信号并生成一定输出功率的放大器，是一个4级放大的射频放大器。
本实施方式中，该微处理器122用于检测到耦合到的多级功率放大器，检测输入的温度检测器的量值，并提供一路或多路控制信号，用于调节功率放大器的偏置。该第一定向耦合器124和第二定向耦合器125用于定向取样一个信号功率电平用于信号检测。该正向功率检测器123和反向功率检测器127根据所耦合的部份输入功率信号，并提供表示检测信号的经检测信号，用于检波功率信号并输出相应的输入检测功率值电压。该自动电平控制器121用于检测输出功率的变化并生成一个具有控制射频电路增益的电路单元，其由正向功率定向耦合器、功率检波器、低通滤波器、比较电路和压控衰减器组成。该温度检测器120用于检测温度变化并输出一个表征温度的量值。
另外，本实施方式中，该宽带微功率放大装置还进一步包括由硬件温度补偿网络128与软件温度补偿执行网络129构成的温度补偿电路，该微处理器122该温度检测器120的量测结果来调节该软件温度补偿执行网络129来协同控制该数控衰减器112的工作温度，并经由该硬件温度补偿网络128来协同控制该多级驱动器113及该输出放大器115的工作温度。
如上所述，本实施方式中，该宽带微功率放大装置采用4级放大电路，在输出端对输出电平采样检测并转化成为控制信号通过微处理器122完成监测及功率和增益的控制。采用多级互补调节的办法，牺牲末级功放的部分频率响应特性来获得很高的线性以及较宽的工作带宽，通过驱动级的调整来改变各点的频率特性，以达到改善整个系统的频率响应的目的。
另外，由于采用温度检测电路120，可以检测该宽带微功率放大装置工作的环境温度。并进而提供硬件温度补偿网络128与软件温度补偿执行网络129来协同控制数控衰减器112、多级驱动器113以及输出放大器115在不同温度下的工作状态，可以使得该宽带微功率放大装置可以适应由于半导体的温度特性产生的增益变化问题。在一些实施方式中，该宽带微功率放大放大装置可以适应的环境温度范围为-25℃至55℃。
对应于第一实施方式之宽带微功率放大装置，本发明提供一种实现宽带微功率放大的方法，其包括以下步骤提供射频功率放大部件，其包括依序连接的一可变增益放大器、一多级功率驱动器、一输出放大器和一环行器；采样并检测该输出放大器的输出功率信号；采样并检测该环行器的输出功率信号；根据上述功率信号的检测结果产生并提供一路或多路调节信号给该多级功率驱动器，以调节该射频功率放大部件输出功率的偏置。
另外，上述实现宽带微功率放大的方法还可以包括如下步骤检测该射频功率放大部件工作的环境温度；根据温度检测的结果，提供温度补偿，以适应由于半导体的温度特性产生的增益变化问题。
与上述宽带微功率放大装置相似，该实现宽带微功率放大的方法在输出端对输出电平采样检测并转化成为控制信号通过微处理器完成监测及功率和增益的控制。采用多级互补调节的办法，牺牲末级功放的部分频率响应特性来获得很高的线性以及较宽的工作带宽，通过驱动级的调整来改变各点的频率特性，以达到改善整个系统的频率响应的目的。同时根据温度检测结果，在不同温度下通过调整功放管的偏置来调节功放在不同温度下的频带响应。另外，由于采用温度检测并提供温度补偿电路，可以使得该宽带微功率放大装置可以适应由于半导体的温度特性产生的增益变化问题。
请参阅图3，为本发明第二实施方式的宽带微功率放大装置的电路框图。该宽带微功率放大装置包括射频功率放大部件以及控制和通信部件。该射频功率放大部件包括依序连接的一耦合器210、一可变增益放大器211、一数控衰减器212、一多级功率驱动器213、一隔离器214、一输出放大器215和一环行器216。该控制和通信部件包括微处理器222、第一定向耦合器224和第二定向耦合器225、正向功率检测器223和反向功率检测器227，以及由此组成的一个自动电平控制电路221。另外，该第二定向耦合器225与负载226相连。
其中，该第一定向耦合器224设置在该输出放大器215与该环形器216之间，用于定向采样输出放大器215的输出功率信号，该正向功率检测器223与该第一定向耦合器224相连，用于检测由该第一定向耦合器224采样到的功率信号；该第二定向耦合器225连接至该环行器216，用于定向采样该环行器216的输出功率信号，该反向功率检测器227与该第二定向耦合器225相连，用于检测由该第二定向耦合器225采样到的功率信号，该微处理器222根据该正向功率检测器223和反向检测器的检测结果227，提供一路或多路信号给该多级功率驱动器213，以调节该实现宽带微功率放大的装置的偏置。
本实施方式中，该耦合器210可以采用3dB的耦合器。该可变增益放大器211可以采用一个增益为14dB，衰减范围为29dB的放大器，由它进行射频第一级放大并和其它电路组成用于自动电平控制(ALC)电路。该数控衰减器212用于对射频链路进行增益控制，由微处理器、非门与它协同实现。该多级驱动器213是一个3级放大的射频放大器。该输出放大器215接收输入信号并生成一定输出功率的放大器，是一个4级放大的射频放大器。
本实施方式中，该微处理器222用于检测到耦合到的多级功率放大器，检测输入的温度检测器的量值，并提供一路或多路控制信号，用于调节功率放大器的偏置。该第一定向耦合器224和第二定向耦合器225用于定向取样一个信号功率电平用于信号检测。该正向功率检测器223和反向功率检测器227根据所耦合的部份输入功率信号，并提供表示检测信号的经检测信号，用于检波功率信号并输出相应的输入检测功率值电压。该自动电平控制器221用于检测输出功率的变化并生成一个具有控制射频电路增益的电路单元，其由正向功率定向耦合器、功率检波器、低通滤波器、比较电路和压控衰减器组成。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种实现宽带微功率放大的装置，其包括射频功率放大部件以及控制和通信部件，该射频功率放大部件包括依序连接的一可变增益放大器、一多级功率驱动器、一输出放大器和一环行器，该控制和通信部件包括微处理器、正向功率检测器、反向功率检测器，以及由此组成的一个自动电平控制电路，其中，该正向功率检测器用于检测采样到的由该输出放大器输出的功率信号；该反向功率检测器用于检测由该环行器输出的功率信号，该微处理器根据该正向功率检测器和反向检测器的检测结果，提供一路或多路信号给该多级功率驱动器，以调节该实现宽带微功率放大的装置的偏置。
2.如权利要求1所述的实现宽带微功率放大的装置，其特征在于，该实现宽带微功率放大的装置进一步包括一个温度检测电路，用于检测环境温度的变化，并将检测结果传输给该微处理器。
3.如权利要求2所述的实现宽带微功率放大的装置，其特征在于，该实现宽带微功率放大的装置进一步包括温度补偿电路，以适应由于半导体的温度特性产生的增益变化问题。
4.如权利要求3所述的的实现宽带微功率放大的装置，其特征在于，该实现宽带微功率放大的装置适应的温度范围为-25℃至55℃。
5.如权利要求1所述的实现宽带微功率放大的装置，其特征在于，该实现宽带微功率放大的装置进一步包括第一定向耦合器，其设置在该输出放大器与该环形器之间，用于定向采样输出放大器的输出功率信号，并将采样到的功率信号传输给正向功率检测器。
6.如权利要求1所述的实现宽带微功率放大的装置，其特征在于，该实现宽带微功率放大的装置进一步包括第二定向耦合器，其连接至该环行器，用于定向采样该环行器的输出功率信号，并将采样到的功率信号传输给反向功率检测器。
7.一种实现宽带功率放大的方法，其包括以下步骤提供射频功率放大部件，其包括依序连接的一可变增益放大器、一多级功率驱动器、一输出放大器和一环行器；采样并检测该输出放大器的输出功率信号；采样并检测该环行器的输出功率信号；根据上述功率信号的检测结果产生并提供一路或多路调节信号给该多级功率驱动器，以调节该射频功率放大部件输出功率的偏置。
8.如权利要求7所述的实现宽带功率放大的方法，其特征在于，该方法进一步包括如下步骤检测该射频功率放大部件工作的环境温度。
9.如权利要求8所述的实现宽带功率放大的方法，其特征在于，该方法进一步包括如下步骤根据温度检测的结果，提供温度补偿，以适应由于半导体的温度特性产生的增益变化问题。
全文摘要
本发明涉及一种实现宽带微功率放大的装置，其包括射频功率放大部件以及控制和通信部件，该控制和通信部件包括微处理器、正向功率检测器、反向功率检测器，以及由此组成的一个自动电平控制电路，其中，该正向功率检测器用于检测采样到的由该输出放大器输出的功率信号；该反向功率检测器用于检测由该环行器输出的功率信号，该微处理器根据该正向功率检测器和反向检测器的检测结果，提供一路或多路信号给该多级功率驱动器，以调节该实现宽带微功率放大的装置的偏置。本发明提供的实现宽带微功率放大的装置具有较宽的功率频率带宽和很高的线性。本发明还提供一种实现宽带微功率放大的方法。
文档编号H03F1/32GK101051816SQ20061006320
公开日2007年10月10日 申请日期2006年10月18日 优先权日2006年10月18日
发明者李勇军, 杨磊, 曾祥坚, 卢毅, 宋茹 申请人:深圳国人通信有限公司