CN116404987A - 功率放大装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种功率放大装置及电子设备。所述功率放大装置包括功率分配电路、主功率放大电路、辅助功率放大电路、功率合成电路和阻抗调节电路。其中，所述功率分配电路用于进行功率分配以将射频信号源输出的射频信号分为第一射频信号和第二射频信号，所述主功率放大电路用于放大第一射频信号，辅助功率放大电路用于放大第二射频信号，功率合成电路用于将放大后的第一射频信号和第二射频信号合成为输出射频信号，阻抗调节电路用于根据放大后的第一射频信号的回退功率调整主功率放大电路的输出阻抗，以提高功率放大装置的效率。通过所述阻抗调节电路可以提升功率放大装置在功率回退状态下的效率，满足无线通信系统的需求。

Description

功率放大装置及电子设备

技术领域

本发明涉及射频技术领域，具体涉及一种功率放大装置及电子设备。

背景技术

射频功率放大器是发射机中最为关键的部分，它的作用是将小功率信号按倍数放大然后送入天线从而完成信号的传输，同时，它也是发射机中消耗能量最多的部分。低效的功率放大器不仅会造成能量的浪费，还会产生大量热量降低整个系统的通信质量。

目前，无线通信系统发展的趋势是用更少的时间传输更加海量的数据，这就意味着射频信号具有高峰均比的特点。而传统的A类和AB类功率放大器在功率回退时的效率会明显下降，其已无法满足无线通信系统的需求。

发明内容

有鉴于此,本发明实施例提供了一种功率放大装置及电子设备，以提升功率放大装置在功率回退状态下的效率，满足无线通信系统的需求。

第一方面，本发明实施例提供了一种功率放大装置，所述功率放大装置包括：

功率分配电路，与射频信号源连接，用于进行功率分配以将射频信号分为第一射频信号和第二射频信号；

主功率放大电路，与所述功率分配电路连接，用于放大所述第一射频信号；

辅助功率放大电路，与所述功率分配电路连接，用于放大所述第二射频信号；

功率合成电路，与所述主功率放大电路和所述辅助功率放大电路连接，用于将放大后的第一射频信号和第二射频信号合成为输出射频信号；以及

阻抗调节电路，用于根据放大后的第一射频信号的回退功率进行阻抗调节，以提高所述功率放大装置的效率。

进一步地，所述阻抗调节电路包括：

第一开关；

多个可调阻抗，各所述可调阻抗通过所述第一开关与所述功率合成电路的信号输出端连接；

检测电路，用于检测所述输出射频信号中的第一射频信号的功率；

控制电路，与所述第一开关连接，用于根据所述第一射频信号的功率确定放大后的所述第一射频信号的回退功率，并根据所述回退功率切换与所述信号输出端连接的目标可调阻抗，以提高所述功率放大装置的效率。

进一步地，所述检测电路包括：

耦合器，与所述信号输出端连接，所述耦合器用于提取所述输出射频信号中的第一射频信号；

检测单元，所述检测单元用于检测所述第一射频信号的输出功率。

进一步地，所述可调阻抗包括串联的第一电容、第一电感、第二电容和与所述第一电容、第一电感、第二电容并联的第三电容和第一电阻。

进一步地，所述功率分配电路包括：

调制器，与所述射频信号源连接，用于进行幅度调制和相位调制以将所述射频信号分为所述第一射频信号和所述第二射频信号；

第一相位器，设置在所述调制器和所述主功率放大电路之间，用于对所述第一射频信号进行相位调制；

第二相位器，设置在所述调制器和所述辅助功率放大电路之间，用于对所述第二射频信号进行相位调制。

进一步地，所述功率分配电路还包括：

第二开关，设置在所述调制器与所述第一相位器之间，所述第二开关用于控制所述第一射频信号的通断；

第三开关，设置在所述调制器与所述第二相位器之间，所述第三开关用于控制所述第二射频信号的通断。

进一步地，所述主功率放大电路包括依次连接的主输入阻抗匹配电路、主功率放大器和主输出阻抗匹配电路；

其中，所述主输入阻抗匹配电路和所述主输出阻抗匹配电路用于进行阻抗匹配，所述主功率放大器用于放大所述第一射频信号。

进一步地，所述辅助功率放大电路包括依次连接的辅助输入阻抗匹配电路、辅助功率放大器和辅助输出阻抗匹配电路；

其中，所述辅助输入阻抗匹配电路和所述辅助输出阻抗匹配电路用于进行阻抗匹配，所述辅助功率放大器用于放大所述第二射频信号。

进一步地，所述功率合成电路包括：

第四开关，与所述主功率放大电路连接，所述第四开关用于控制放大后所述第一射频信号的通断；

阻抗变换器，设置所述第四开关和所述信号输出端之间；以及

第五开关，设置在辅助功率放大电路和所述信号输出端之间，所述第四开关用于控制放大后所述第二射频信号的通断。

第二方面，本发明实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

如第一方面中任一项所述的功率放大装置。

本发明实施例的功率放大装置包括功率分配电路、主功率放大电路、辅助功率放大电路、功率合成电路和阻抗调节电路。其中，所述功率分配电路用于进行功率分配以将射频信号源输出的射频信号分为第一射频信号和第二射频信号，所述主功率放大电路用于放大第一射频信号，辅助功率放大电路用于放大第二射频信号，功率合成电路用于将放大后的第一射频信号和第二射频信号合成为输出射频信号，阻抗调节电路用于根据放大后的第一射频信号的回退功率调整主功率放大电路的输出阻抗，以提高功率放大装置的效率。通过所述阻抗调节电路可以提升功率放大装置在功率回退状态下的效率，满足无线通信系统的需求。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为本发明实施例的功率放大装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的功率放大装置的电路结构图；

图3为本发明实施例的功率分配电路的示意图；

图4为本发明实施例的多个可调阻抗的示意图；

图5为本发明实施例的控制方法的示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则在说明书的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1为本发明实施例的功率放大装置的结构示意图。如图1所示，所述功率放大装置12包括功率分配电路121、主功率放大电路122、辅助功率放大电路123、功率合成电路124和阻抗调节电路125。

其中，所述功率分配电路121与射频信号源11连接。所述功率分配电路121用于对所述射频信号源11输出的射频信号进行功率分配，以将所述射频信号分为第一射频信号和第二射频信号。应当理解，所述第一射频信号和第二射频信号的功率之和应与所述射频信号的功率相同。

可选地，经过功率分配电路121分配后的第一射频信号与第二射频信号的功率之比可以由人为根据实际电路情况进行设置和调整。在一种可选的实现方式中，所述分配后的第一射频信号与第二射频信号的功率之比可以被设置为与主功率放大电路122和辅助功率放大电路123的饱和输出功率之比相同，由此，可以使主功率放大器和辅助功率放大器的输出功率能够在同一时刻达到饱和，并进而可以提升所述功率放大装置的效率。其中，所述饱和输出功率具体可以是指放大器增益降到最大增益一半时的输出功率。

可选地，经过功率分配电路121分配后的第一射频信号与第二射频信号之间的相位差可以由人为根据实际电路情况进行设置和调整。应当理解，为了确保第一射频信号和第二射频信号后续的合并效率，所述分配后的第一射频信号与第二射频信号之间的相位差应使得第一射频信号和第二射频信号能够在到达信号合并点时处于相同相位。

进一步地，所述功率分配电路121分别与主功率放大电路122和辅助功率放大电路123连接。所述功率分配电路121可以将第一射频信号和第二射频信号分别输出给主功率放大电路122和辅助功率放大电路123。

所述主功率放大电路122用于放大所述第一射频信号，所述辅助功率放大电路123用于放大所述第二射频信号。

可选地，所述主功率放大电路122中包括可以主功率放大器，所述主功率放大器具体可以为AB类放大器。所述辅助功率放大电路123中可以包括辅助功率放大器，所述辅助功率放大器具体可以为C类放大器。

进一步地，所述主功率放大电路122和辅助功率放大电路123分别与功率合成电路124连接，所述主功率放大电路122和辅助功率放大电路123可以将放大后的第一射频信号和第二射频信号分别输出给功率合成电路124。

所述功率合成电路124用于将放大后的第一射频信号和第二射频信号合成为输出射频信号。

应当理解，所述输出射频信号可以通过所述功率合成电路124的信号输出端进行输出，所述信号输出端具体可以是第一射频信号和第二射频信号的信号合并点。

可选地，所述功率合成电路124中包括阻抗变换器，所述阻抗变换器设置在主功率放大电路122和所述功率合成电路124的信号输出端之间，所述阻抗变换器用于进行阻抗变换。

所述阻抗调节电路125用于根据放大后的第一射频信号的回退功率进行阻抗调节，以提高所述功率放大装置的效率。

具体地，主功率放大电路122的输出功率只有在射频信号处于峰值时才会达到饱和状态。而在其它工作时间内，由于射频信号具有高峰均比的特点，主功率放大电路122通常会在一个较大的回退功率范围内工作，这就使得功率放大装置的效率会很低。对此，所述阻抗调节电路125可以在检测到第一射频信号的回退功率增大时，通过提高自身阻抗来降低主功率放大电路122的饱和输出功率，由此，可以提升功率放大装置在功率回退状态下的效率，满足无线通信系统的需求。

应当理解，当阻抗调节电路125提高自身阻抗值时，会使阻抗调节电路125所承载的电压升高，并进而使阻抗变换器右侧的阻抗升高。在阻抗变换器的作用下，这会使主功率放大电路122的视在阻抗Z减小，而主功率放大电路122的视在阻抗Z减小会降低主功率放大电路122的饱和输出功率。

应当理解，所述阻抗调节电路125还可以在检测到第一射频信号的回退功率减小时，通过降低自身阻抗来提升主功率放大电路122的饱和输出功率，在此不赘述。

可选地，为了提升功率放大装置的效率，在实际工作过程中，主功率放大电路122和辅助功率放大电路123的工作状态还可以随着射频信号的功率变化进行相应调整。

具体地，以射频信号源所输出的射频信号功率由小到大这一过程为例进行说明。当射频信号源所输出的射频信号功率处于小功率，也即小于一定阈值时，此时只有主功率放大电路122处于工作状态。随着射频信号功率的增加，主功率放大电路122的输出功率会逐渐增加并逐渐趋于饱和状态。当射频信号功率增加到满足预设需求，也即射频信号功率大于或等于预设功率阈值时，辅助功率放大电路123会开始进入工作状态。此时，随着射频信号功率的进一步增加，辅助功率放大电路123的输出功率会逐渐增加并逐渐趋于饱和状态。同时，辅助功率放大电路123还会通过有源负载牵引作用逐步提高主功率放大电路122的饱和输出功率，从而使主功率放大电路122的输出功率始终维持在预饱和状态。当射频信号功率达到峰值时，主功率放大电路122与辅助功率放大电路123的输出功率会同时达到饱和状态。由此，通过主功率放大电路122与辅助功率放大电路123之间的相互配合，可以使功率放大装置的效率始终维持在一定较高的范围。

其中，所述有源负载牵引作用具体是指辅助功率放大电路123产生的电流流经主功率放大电路122和辅助功率放大电路123的共同负载，使两者的共同负载所承载的电压升高，并进而使阻抗变换器右侧的阻抗升高，再在阻抗变换器的作用下，使主功率放大电路122的视在阻抗Z升高，从而提升主功率放大电路122的饱和输出功率。

应当理解，本实施例中的阻抗调节电路125既可以在主功率放大电路122单独工作时，根据放大后的第一射频信号的回退功率进行阻抗调节，也可以在主功率放大电路122和辅助功率放大电路123共同工作时，根据放大后的第一射频信号的回退功率进行阻抗调节，两者并不冲突。

应当理解，在本实施例中，主功率放大电路112的输出功率和饱和输出功率具体是指主功率放大电路112中主功率放大器的输出功率和饱和输出功率，相对应的，辅助功率放大电路123的输出功率和饱和输出功率具体是指辅助功率放大电路123中辅助功率放大器的输出功率和饱和输出功率。

图2为本发明实施例的功率放大装置的电路结构图。如图2所示，所述功率放大装置包括功率分配电路21、主功率放大电路22、辅助功率放大电路23、功率合成电路24和阻抗调节电路25。

所述功率分配电路21中包括调制器211，所述调制器211具体可以是幅度相位调节器。所述调制器211与所述射频信号源连接，所述调制器211用于对所述射频信号源输出的射频信号进行幅度调制和相位调制，以将所述射频信号分为所述第一射频信号和所述第二射频信号。

可选地，为了使第一射频信号与第二射频信号之间的相位差能够更加准确地满足相应要求。所述调制器211与主功率放大电路22和辅助功率放大电路23之间还可以分别设置第一相位器212和第二相位器213。所述第一相位器212和第二相位器213可以分别用于对第一射频信号和第二射频信号进行单独地相位调制。

进一步地，所述第一相位器212与所述调制器211之间还可以设置第二开关，所述第二相位器213与所述调制器211之间可以还设置第三开关。

图3为本发明实施例的功率分配电路的示意图。如图3所示，所述第一相位器212与所述调制器211之间可以设置第二开关214，所述第二相位器213与所述调制器211之间可以设置第三开关215。所述第二开关214和第三开关215可以分别用于控制第一射频信号和第二射频信号的通断。

可选地，所述第二开关214和第三开关215可以为继电器或单刀多掷开关。可选地，当所述第二开关214和第三开关215为单刀多掷开关时，所述第二开关214和第三开关215还可以与接地负载连接。

所述主功率放大电路22中包括依次连接的主输入阻抗匹配电路221、主功率放大器222和主输出阻抗匹配电路223。其中，所述主输入阻抗匹配电路221和主输出阻抗匹配电路223用于进行阻抗匹配。所述主功率放大器222用于对第一功率信号进行放大。可选地，所述主功率放大器222具体可以为AB类放大器。

进一步地，所述辅助功率放大电路23包括依次连接的辅助输入阻抗匹配电路231、辅助功率放大器232和辅助输出阻抗匹配电路233。其中，所述辅助输入阻抗匹配电路231和所述辅助输出阻抗匹配电路233用于进行阻抗匹配。所述辅助功率放大器232用于放大所述第二射频信号。可选地，所述辅助功率放大器232具体可以为C类放大器。

所述功率合成电路24中包括第四开关241、第五开关242和阻抗变换器243。所述第四开关241的一端可以与所述主功率放大电路22的输出端连接，所述第五开关242的一端可以与辅助功率放大电路23的输出端连接，所述第四开关241的另一端可以通过阻抗变换器243与所述第五开关242的另一端连接，所述阻抗变换器243和第五开关242的连接端可以作为功率合成电路24的信号输出端，也即放大后的第一射频信号和第二射频信号的信号合并点。

其中，所述第四开关241用于控制放大后所述第一射频信号的通断，所述第五开关242用于控制放大后所述第二射频信号的通断。所述阻抗变换器243用于在电路中起阻抗变换作用。具体来说，所述阻抗变换器243具体可以为四分之一波长的射频微带线，所述阻抗变换器243可以使左右两端的阻抗变化成反比。

可选地，所述第四开关241和第五开关242可以为单刀多掷开关或继电器。可选地，当所述第四开关241和第五开关242为单刀多掷开关时，所述第四开关241和第五开关242还可以与接地负载连接。

所述阻抗调节电路25包括第一开关251、多个可调阻抗252、检测电路253和控制电路254。所述第一开关251设置在各所述可调阻抗252和功率合成电路的信号输出端之间。所述检测电路253的一端与功率合成电路24的信号输出端连接，另一端通过控制电路254与第一开关251连接。

其中，所述第一开关251用于在控制电路254的控制下将目标可调阻抗与功率放大装置的信号输出端连接。所述检测电路253用于检测所述输出射频信号中的第一射频信号的功率。所述控制电路254用于根据所述第一射频信号的功率确定所述第一射频信号的回退功率，并根据所述回退功率控制所述第一开关251切换与所述信号输出端连接的目标可调阻抗，以调整自身阻抗，提高所述功率放大装置的效率。应当理解，各可调阻抗252可以具有不同的阻抗值。

可选地，所述第一开关251可以为继电器或单刀多掷开关。所述控制电路254具体可以是用于存储并执行相应程序的单片机或芯片。所述控制电路254可以通过输出相应电平信号的方式控制所述第一开关251将目标可调阻抗与功率合成电路的信号输出端连接。

可选地，所述检测电路253可以包括耦合器和检测单元。其中，所述耦合器与信号输出端连接，所述耦合器用于提取输出射频信号中的第一射频信号。所述检测单元用于检测所述第一射频信号的输出功率。

图4为本发明实施例的多个可调阻抗的示意图。如图4所示，各可调阻抗可以通过第一开关41与功率合成电路的信号输出端连接。所述第一开关41可以在控制电路的控制下切换与所述信号输出端所连接的目标可调阻抗。

可选地，各所述可调阻抗具体可以包括串联的第一电容C1、第一电感L1、第二电容C2和与所述第一电容C1、第一电感L1、第二电容C2并联的第三电容C3和第一电阻R1。

图5为本发明实施例的控制方法的示意图。如图5所示，所述控制方法具体可以包括如下步骤：

应当理解，所述控制方法的执行主体可以为上述实施例中的控制电路。

S100、根据所述第一射频信号的输出功率确定所述第一射频信号的回退功率。

具体地，控制电路可以通过检测电路检测第一射频信号的输出功率，并根据所述第一射频信号的输出功率确定所述第一射频信号的回退功率。

S200、根据所述回退功率切换与所述信号输出端连接的目标可调阻抗，以控制所述功率放大装置的效率。

具体地，在确定回退功率后，控制电路可以根据所述回退功率切换与所述信号输出端所连接的目标可调阻抗，以控制所述功率放大装置的效率。

可选地，控制电路所切换的目标可调阻抗的阻抗值可以与回退功率的大小成正比，也即，当回退功率越大时，控制电路可以将阻抗值越大的可调阻抗切换为目标可调阻抗。具体来说，通过提高自身阻抗可以降低主功率放大电路122的饱和输出功率，由此，可以提升功率放大装置在功率回退状态下的效率，满足无线通信系统的需求。

可选地，各所述可调阻抗可以对应不同的回退功率范围，控制电路可以根据所述回退功率所处的范围来将对应的可调阻抗切换为目标可调阻抗。

本发明实施例的功率放大装置包括功率分配电路、主功率放大电路、辅助功率放大电路、功率合成电路和阻抗调节电路。其中，所述功率分配电路用于进行功率分配以将射频信号源输出的射频信号分为第一射频信号和第二射频信号，所述主功率放大电路用于放大第一射频信号，辅助功率放大电路用于放大第二射频信号，功率合成电路用于将放大后的第一射频信号和第二射频信号合成为输出射频信号，阻抗调节电路用于根据放大后的第一射频信号的回退功率调整主功率放大电路的输出阻抗，以提高功率放大装置的效率。通过所述阻抗调节电路可以提升功率放大装置在功率回退状态下的效率，满足无线通信系统的需求。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率放大装置，其特征在于，所述功率放大装置包括：

功率分配电路，与射频信号源连接，用于进行功率分配以将射频信号分为第一射频信号和第二射频信号；

主功率放大电路，与所述功率分配电路连接，用于放大所述第一射频信号；

辅助功率放大电路，与所述功率分配电路连接，用于放大所述第二射频信号；

功率合成电路，与所述主功率放大电路和所述辅助功率放大电路连接，用于将放大后的第一射频信号和第二射频信号合成为输出射频信号；以及

阻抗调节电路，用于根据放大后的第一射频信号的回退功率进行阻抗调节，以提高所述功率放大装置的效率。

2.根据权利要求1所述的功率放大装置，其特征在于，所述阻抗调节电路包括：

第一开关；

多个可调阻抗，各所述可调阻抗通过所述第一开关与所述功率合成电路的信号输出端连接；

检测电路，用于检测所述输出射频信号中的第一射频信号的功率；

控制电路，与所述第一开关连接，用于根据所述第一射频信号的功率确定放大后的所述第一射频信号的回退功率，并根据所述回退功率切换与所述信号输出端连接的目标可调阻抗，以提高所述功率放大装置的效率。

3.根据权利要求2所述的功率放大装置，其特征在于，所述检测电路包括：

耦合器，与所述信号输出端连接，所述耦合器用于提取所述输出射频信号中的第一射频信号；

检测单元，所述检测单元用于检测所述第一射频信号的输出功率。

4.根据权利要求2所述的功率放大装置，其特征在于，所述可调阻抗包括串联的第一电容、第一电感、第二电容和与所述第一电容、第一电感、第二电容并联的第三电容和第一电阻。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的功率放大装置，其特征在于，所述功率分配电路包括：

调制器，与所述射频信号源连接，用于进行幅度调制和相位调制以将所述射频信号分为所述第一射频信号和所述第二射频信号；

第一相位器，设置在所述调制器和所述主功率放大电路之间，用于对所述第一射频信号进行相位调制；

第二相位器，设置在所述调制器和所述辅助功率放大电路之间，用于对所述第二射频信号进行相位调制。

6.根据权利要求5所述的功率放大装置，其特征在于，所述功率分配电路还包括：

第二开关，设置在所述调制器与所述第一相位器之间，所述第二开关用于控制所述第一射频信号的通断；

第三开关，设置在所述调制器与所述第二相位器之间，所述第三开关用于控制所述第二射频信号的通断。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的功率放大装置，其特征在于，所述主功率放大电路包括依次连接的主输入阻抗匹配电路、主功率放大器和主输出阻抗匹配电路；

其中，所述主输入阻抗匹配电路和所述主输出阻抗匹配电路用于进行阻抗匹配，所述主功率放大器用于放大所述第一射频信号。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的功率放大装置，其特征在于，所述辅助功率放大电路包括依次连接的辅助输入阻抗匹配电路、辅助功率放大器和辅助输出阻抗匹配电路；

其中，所述辅助输入阻抗匹配电路和所述辅助输出阻抗匹配电路用于进行阻抗匹配，所述辅助功率放大器用于放大所述第二射频信号。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的功率放大装置，其特征在于，所述功率合成电路包括：

第四开关，与所述主功率放大电路连接，所述第四开关用于控制放大后所述第一射频信号的通断；

阻抗变换器，设置所述第四开关和所述信号输出端之间；以及

第五开关，设置在辅助功率放大电路和所述信号输出端之间，所述第四开关用于控制放大后所述第二射频信号的通断。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

如权利要求1-9中任一项所述的功率放大装置。

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