放大器模组的制作方法
放大器模组的制作方法
【专利摘要】一种放大器模组，射频信号经过温度补偿电路，ALC电路，ATT电路到达放大单元后，将信号放大，再经过耦合电路后输出给负载。其中耦合提取的信号进入功率检测电路，检测到功率转换成电压值提供给MCU电路。温度检测电路则将检测到的工作环境温度反馈给MCU。MCU电路作为总控制单元，分别给温度补偿电路，ALC电路，ATT电路，温度补偿电路，提供参考电平。由于采用非对称功放电路构成驱动放大器，在保证饱和功率不变的基础上，电流效率提升20%，功耗降低，节省电费，同时体积减小，有利于结构优化。而应用该放大器的放大器模组整体效率高，模组漏极效率可达到35%以上，其饱和输出功率可以达到55dBm。
【专利说明】放大器模组
【【技术领域】】
[0001]本实用新型涉及无线通信领域，尤其涉及一种应用在无线通信领域的高效率大功率放大器模组。
【【背景技术】】
[0002]无线通信系统中，RF功率放大器主要用于基站传送下行链路信号。因此，放大器必须具有处理与该无线通信通信系统中应用的相应功率的能力。一些无线应用具有高峰均信号比，在具有高峰均信号比的应用中使用那些放大器必须能够处理或传递超过他们正常或平均负载的峰值功率电平。例如，为了放大具有IOdB峰均比的信号，同时产生最小量的非线性失真，则放大器必须能够提供约100W饱和功率，以产生具有IOW平均功率的输出信号。
[0003]当无线RF放大器中用于放大的晶体管的输出接近他们的最大功率容量或在饱和模式下进行操作时，这些晶体管实际上最高效率的运行。然而，饱和还会导致信号失真。通常，放大器越接近饱和状态进行操作，其输出的非线性失真量越大。所以，行业内一般采用放大器功率回退的方式，以实现输出的非线性失真控制在可允许的范围内。然而，这种方式只有对信号中的高峰值进行放大这段相对短的时间周期内有比较高电流效率，大部分时间周期内这些放大设备处于小功率的低效率工作状态。 【
【发明内容】
】
[0004]本实用新型针对以上问题提出了一种可以满足系统对线性的要求，又提高了放大器效率的放大器模组。
[0005]本实用新型所述涉及放大器模组包括基本放大单元、温度补偿电路、ALC电路(Automatic Level Control自动电平控制电路)、ATT电路(Attenuator衰减器电路)、MCU电路(Micro Control Unit微控制单元电路)、温度检测电路、功率检测电路、稱合电路、环形器和放大单元，温度补偿电路的输出端连接到ALC电路的输入端，而ALC电路的输出端连接到ATT电路的输入；该温度检测电路的输出端连接到MCU电路的调控输入端，而MCU的控制输出端分别连接并控制温度补偿电路、ALC电路和ATT电路；ATT电路的输出端连接到放大单元，通过放大单元之后连接到耦合电路的输入端，而耦合电路的输出端分为两路，一路经过功率检测电路输入到MCU电路，而另一路输出端连接到环形器的输入端。
[0006]其中放大单元包括三个放大器:预驱动放大器、驱动放大器以及末级放大器，三个放大器依次串联。
[0007]其中驱动放大器采用对称doherty架构和末级放大器采用非对称doherty架构，驱动放大器和末级放大器的结构相同，均包括功分器、主放大器、辅助放大器和主抗变换电路；射频信号经功分器分路为两路，一路进入主放大器，而另一路进入辅助放大器，两路经过放大器的信号通过1/4波长主抗变换电路合路输出到负载。
[0008]在该非对称doherty架构中主放大器和辅助放大器功率比为1:1.5。[0009]本实用新型采用非对称功放电路构成驱动放大器，在保证饱和功率不变的基础上，电流效率提升20%，功耗降低，节省电费，同时体积减小，有利于结构优化。而应用该放大器的放大器模组整体效率高，模组漏极效率可达到35%以上，其饱和输出功率可以达到55dBm。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0010]图1是本实用新型功率放大器的原理图；
[0011]图2是本实用新型驱动放大器和末级放大器布置原理图；
[0012]图3是本实用新型放大器模组的链路结构框图；
[0013]图4是本实用新型放大单元中主从放大器工作电压/电流曲线；
[0014]图5是本实用新型放大单元与A类、AB类放大器功率附加效率对比图；
[0015]图6是本实用新型所涉及的Doherty架构标准结构图。
【【具体实施方式】】
[0016]下面将结合附图及实施例对本实用新型放大器模组的结构和原理进行详细说明。
[0017]本实用新型采用Doherty结构的放大器通过当信号电平低时有效降低放大器的饱和功率电平，当信号峰值要求满功率容量时又快速地上升至满功率容量，从而即可以满足系统对线性的要求，又提高了放大器效率。
[0018]请参考附图3:本实用新型所涉及的放大器模组包括基本放大单元、温度补偿电路、ALC电路、ATT电路、MCU电路、温度检测电路、功率检测电路、耦合电路、环形器和放大单元，温度补偿电路的输出端连接到ALC电路的输入端，而ALC电路的输出端连接到ATT电路的输入；该温度检测电路的输出端连接到MCU电路的调控输入端，而MCU的控制输出端分别连接并控制温度补偿电路、ALC电路和ATT电路;ATT电路的输出端连接到放大单元，通过放大单元之后连接到耦合电路的输入端，而耦合电路的输出端分为两路，一路经过功率检测电路输入到MCU电路，而另一路输出端连接到环形器的输入端。
[0019]其中放大单元包括三个放大器:预驱动放大器、驱动放大器以及末级放大器，三个放大器依次串联。
[0020]其中驱动放大器采用1:1对称doherty架构和末级放大器采用1:1.5的非对称doherty架构。我们将其称之为增强型doherty架构,是基于Doherty技术上的更进一步的增强型功放电路。Doherty功放的设计理念最早由贝尔实验室的William H.Doherty提出的，它最原始的设计是采用真空管，那时候的晶体管不像现代所使用的，带有额外的栅级以控制其传输电导。其标准的电路结构请参考附图6。改进后的增强型Doherty电路电流效率大为提高，相对普通的驱动放大器为AB类而末级也是AB类放大，效率提升20%，亦比推动为AB类放大，末级为1:1对称doherty类放大器的效率提升10%。该驱动放大器和末级放大器的结构相似，均包括功分器、主放大器和辅助放大器和主抗变换电路。射频信号经功分器分路为两路，一路进入主放大器，而另一路进入辅助放大器，两路信号经过1/4波长主抗变换线合路后输出到负载。在此电路中，末级放大器即作为驱动放大器的负载。
[0021]电路最大的特点是末级电路的非对称doherty架构，主放大器和辅助放大器功率比为1:1.5，信号经过功分器进入主放大器和辅助放大器后，在32 Ω (1:1对称doherty结构为35 Ω )的1/4波长主抗变换线合路后输出给负载，实现本方案在饱和功率回退8dB (目前国内的LTE信号具有PAR=8dB峰均比)时有达到电流效率第2个高点，实现在平均功率输出时的高效率。
[0022]MCU电路作为模组中的主控单元，主要用于给温度补偿电路、ALC电路、ATT电路发送指令及提供及所需电平，实时监控各单元电路，并具备告警功能，通过从机接口与基站或者PC机连接，可以做到远程监控模组的运行状态。温度补偿电路主要是通过控制在不同温度下的衰减量来达到增益恒定的效果。功率检测电路用于实时检测模组的输出功率。ALC电路则是实现模组的自动电平控制，使得放大器不至于因为输入功率突然增大而损坏，起到保护的作用。ATT电路则为数控衰减单元，可以调节模组的增益大小以实现模组不同场合下的应用。放大单元是整个模组的核心部分，包括了预推动放大单元，推动放大单元以及末级放大单元，主要起放大输入信号，输出大功率信号，以实现远距离传输和覆盖。
[0023]而放大单元的工作状态如下:假设主放大器工作在理想B类，其工作原理可以分成三个状态来描述:低功率输出状态，中等功率输出状态和满功率输出状态。
[0024]低功率输出状态:从放大器关闭，只有主放大器工作。因此，DPA系统效率在主放大器满输出功率时达到最大值(78.5%),即达到第一个峰值效率,此时的输入电压称为转折电压。由于四分之一传输线的作用，从主放大器输出端向λ/4传输线方向看成的输出阻抗RIN变为2Ropt，提高后到输出阻抗使得输出电压达到峰值电压时，输出电流却只有峰值电流的一半。因此，DPA达到第一个峰值效率时的输出功率相对于满功率输出功率而言，回退了 6dB。
[0025]中等功率输出状态:主放大器输出电压达到饱和，适当的偏置使得从放大器开始工作。随着输入功率的增加，从放大器输出电流增加。由有源负载牵引技术可知，Rout增加，RIN减小。这使得主放大器输出电压基本保持不变，不会产生过饱和，同时主放大器输出电流继续增加，主放大器效率保持最大值。由于从放大器工作电流未达到最大，故DPA系统效率有所下降，但是依然维持在较高水平。
`[0026]满功率输出状态:主从放大器都以最佳匹配阻抗形式达到饱和输出，DPA系统达到最大功率输出，系统效率也达到单个理想B类放大器的最大效率值(78.5%)，即第二个峰值效率。
[0027]放大单元的工作电压、电流图如附图3主放大器的输出电压可用式(I)表示:
[0028]Vm = Zti [(^)Im-1,]( I ?
Kl
[0029]图中Vt为转折点输入电压，Vinmax为最大输入电压，二者关系为Vt= a Vin max, VmS信号输入电压，Im为主放大器工作电流，Ip为从放大器工作电流，Imax m为主放大器最大输出电流，Imaxjj为从放大器最大输出电流。那么根据图2，得到主放大器三种工作状态下的输出电压Vm表达式如下:
[0030]I) Vin < Vt 时:
[0031]Vm =Z1nIm/Rl(2)
[0032]Fmaxffl=^Zmaxm (Vin=V1 )H)
— a —
[0033]2)VT<Vin<Vmax—?1时:
【权利要求】
1.一种放大器模组，其特征在于，其包括温度补偿电路、ALC电路、ATT电路、MCU电路、温度检测电路、功率检测电路、耦合电路、环形器和放大单元，该温度补偿电路的输出端连接到ALC电路的输入端，而ALC电路的输出端连接到ATT电路的输入；该温度检测电路的输出端连接到MCU电路的调控输入端，而MCU的控制输出端分别连接并控制温度补偿电路、ALC电路和ATT电路；ATT电路的输出端连接到放大单元，通过放大单元之后连接到耦合电路的输入端，而耦合电路的输出端分为两路，一路经过功率检测电路输入到MCU电路，而另一路输出端连接到环形器的输入端。
2.根据权利要求1所述放大器模组，其特征在于，该放大单元包括三个放大器:预驱动放大器、驱动放大器以及末级放大器，三个放大器依次串联。
3.根据权利要求2所述放大器模组，其特征在于，其中驱动放大器采用对称doherty架构和末级放大器采用非对称doherty架构，驱动放大器和末级放大器的结构相同，均包括功分器、主放大器、辅助放大器和主抗变换电路；射频信号经功分器分路为两路，一路进入主放大器，而另一路进入辅助放大器，两路经过放大器的信号通过1/4波长主抗变换电路合路输出到负载。
4.根据权利要求3所述放大器模组，其特征在于，在该非对称doherty架构中主放大器和辅助放大器功率比为1:1.5。
【文档编号】H03F1/07GK203504500SQ201320592558
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】卓龙声 申请人:深圳市鼎芯无限科技有限公司
【专利摘要】一种放大器模组，射频信号经过温度补偿电路，ALC电路，ATT电路到达放大单元后，将信号放大，再经过耦合电路后输出给负载。其中耦合提取的信号进入功率检测电路，检测到功率转换成电压值提供给MCU电路。温度检测电路则将检测到的工作环境温度反馈给MCU。MCU电路作为总控制单元，分别给温度补偿电路，ALC电路，ATT电路，温度补偿电路，提供参考电平。由于采用非对称功放电路构成驱动放大器，在保证饱和功率不变的基础上，电流效率提升20%，功耗降低，节省电费，同时体积减小，有利于结构优化。而应用该放大器的放大器模组整体效率高，模组漏极效率可达到35%以上，其饱和输出功率可以达到55dBm。
【专利说明】放大器模组
【【技术领域】】
[0001]本实用新型涉及无线通信领域，尤其涉及一种应用在无线通信领域的高效率大功率放大器模组。
【【背景技术】】
[0002]无线通信系统中，RF功率放大器主要用于基站传送下行链路信号。因此，放大器必须具有处理与该无线通信通信系统中应用的相应功率的能力。一些无线应用具有高峰均信号比，在具有高峰均信号比的应用中使用那些放大器必须能够处理或传递超过他们正常或平均负载的峰值功率电平。例如，为了放大具有IOdB峰均比的信号，同时产生最小量的非线性失真，则放大器必须能够提供约100W饱和功率，以产生具有IOW平均功率的输出信号。
[0003]当无线RF放大器中用于放大的晶体管的输出接近他们的最大功率容量或在饱和模式下进行操作时，这些晶体管实际上最高效率的运行。然而，饱和还会导致信号失真。通常，放大器越接近饱和状态进行操作，其输出的非线性失真量越大。所以，行业内一般采用放大器功率回退的方式，以实现输出的非线性失真控制在可允许的范围内。然而，这种方式只有对信号中的高峰值进行放大这段相对短的时间周期内有比较高电流效率，大部分时间周期内这些放大设备处于小功率的低效率工作状态。 【
【发明内容】
】
[0004]本实用新型针对以上问题提出了一种可以满足系统对线性的要求，又提高了放大器效率的放大器模组。
[0005]本实用新型所述涉及放大器模组包括基本放大单元、温度补偿电路、ALC电路(Automatic Level Control自动电平控制电路)、ATT电路(Attenuator衰减器电路)、MCU电路(Micro Control Unit微控制单元电路)、温度检测电路、功率检测电路、稱合电路、环形器和放大单元，温度补偿电路的输出端连接到ALC电路的输入端，而ALC电路的输出端连接到ATT电路的输入；该温度检测电路的输出端连接到MCU电路的调控输入端，而MCU的控制输出端分别连接并控制温度补偿电路、ALC电路和ATT电路；ATT电路的输出端连接到放大单元，通过放大单元之后连接到耦合电路的输入端，而耦合电路的输出端分为两路，一路经过功率检测电路输入到MCU电路，而另一路输出端连接到环形器的输入端。
[0006]其中放大单元包括三个放大器:预驱动放大器、驱动放大器以及末级放大器，三个放大器依次串联。
[0007]其中驱动放大器采用对称doherty架构和末级放大器采用非对称doherty架构，驱动放大器和末级放大器的结构相同，均包括功分器、主放大器、辅助放大器和主抗变换电路；射频信号经功分器分路为两路，一路进入主放大器，而另一路进入辅助放大器，两路经过放大器的信号通过1/4波长主抗变换电路合路输出到负载。
[0008]在该非对称doherty架构中主放大器和辅助放大器功率比为1:1.5。[0009]本实用新型采用非对称功放电路构成驱动放大器，在保证饱和功率不变的基础上，电流效率提升20%，功耗降低，节省电费，同时体积减小，有利于结构优化。而应用该放大器的放大器模组整体效率高，模组漏极效率可达到35%以上，其饱和输出功率可以达到55dBm。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0010]图1是本实用新型功率放大器的原理图；
[0011]图2是本实用新型驱动放大器和末级放大器布置原理图；
[0012]图3是本实用新型放大器模组的链路结构框图；
[0013]图4是本实用新型放大单元中主从放大器工作电压/电流曲线；
[0014]图5是本实用新型放大单元与A类、AB类放大器功率附加效率对比图；
[0015]图6是本实用新型所涉及的Doherty架构标准结构图。
【【具体实施方式】】
[0016]下面将结合附图及实施例对本实用新型放大器模组的结构和原理进行详细说明。
[0017]本实用新型采用Doherty结构的放大器通过当信号电平低时有效降低放大器的饱和功率电平，当信号峰值要求满功率容量时又快速地上升至满功率容量，从而即可以满足系统对线性的要求，又提高了放大器效率。
[0018]请参考附图3:本实用新型所涉及的放大器模组包括基本放大单元、温度补偿电路、ALC电路、ATT电路、MCU电路、温度检测电路、功率检测电路、耦合电路、环形器和放大单元，温度补偿电路的输出端连接到ALC电路的输入端，而ALC电路的输出端连接到ATT电路的输入；该温度检测电路的输出端连接到MCU电路的调控输入端，而MCU的控制输出端分别连接并控制温度补偿电路、ALC电路和ATT电路;ATT电路的输出端连接到放大单元，通过放大单元之后连接到耦合电路的输入端，而耦合电路的输出端分为两路，一路经过功率检测电路输入到MCU电路，而另一路输出端连接到环形器的输入端。
[0019]其中放大单元包括三个放大器:预驱动放大器、驱动放大器以及末级放大器，三个放大器依次串联。
[0020]其中驱动放大器采用1:1对称doherty架构和末级放大器采用1:1.5的非对称doherty架构。我们将其称之为增强型doherty架构,是基于Doherty技术上的更进一步的增强型功放电路。Doherty功放的设计理念最早由贝尔实验室的William H.Doherty提出的，它最原始的设计是采用真空管，那时候的晶体管不像现代所使用的，带有额外的栅级以控制其传输电导。其标准的电路结构请参考附图6。改进后的增强型Doherty电路电流效率大为提高，相对普通的驱动放大器为AB类而末级也是AB类放大，效率提升20%，亦比推动为AB类放大，末级为1:1对称doherty类放大器的效率提升10%。该驱动放大器和末级放大器的结构相似，均包括功分器、主放大器和辅助放大器和主抗变换电路。射频信号经功分器分路为两路，一路进入主放大器，而另一路进入辅助放大器，两路信号经过1/4波长主抗变换线合路后输出到负载。在此电路中，末级放大器即作为驱动放大器的负载。
[0021]电路最大的特点是末级电路的非对称doherty架构，主放大器和辅助放大器功率比为1:1.5，信号经过功分器进入主放大器和辅助放大器后，在32 Ω (1:1对称doherty结构为35 Ω )的1/4波长主抗变换线合路后输出给负载，实现本方案在饱和功率回退8dB (目前国内的LTE信号具有PAR=8dB峰均比)时有达到电流效率第2个高点，实现在平均功率输出时的高效率。
[0022]MCU电路作为模组中的主控单元，主要用于给温度补偿电路、ALC电路、ATT电路发送指令及提供及所需电平，实时监控各单元电路，并具备告警功能，通过从机接口与基站或者PC机连接，可以做到远程监控模组的运行状态。温度补偿电路主要是通过控制在不同温度下的衰减量来达到增益恒定的效果。功率检测电路用于实时检测模组的输出功率。ALC电路则是实现模组的自动电平控制，使得放大器不至于因为输入功率突然增大而损坏，起到保护的作用。ATT电路则为数控衰减单元，可以调节模组的增益大小以实现模组不同场合下的应用。放大单元是整个模组的核心部分，包括了预推动放大单元，推动放大单元以及末级放大单元，主要起放大输入信号，输出大功率信号，以实现远距离传输和覆盖。
[0023]而放大单元的工作状态如下:假设主放大器工作在理想B类，其工作原理可以分成三个状态来描述:低功率输出状态，中等功率输出状态和满功率输出状态。
[0024]低功率输出状态:从放大器关闭，只有主放大器工作。因此，DPA系统效率在主放大器满输出功率时达到最大值(78.5%),即达到第一个峰值效率,此时的输入电压称为转折电压。由于四分之一传输线的作用，从主放大器输出端向λ/4传输线方向看成的输出阻抗RIN变为2Ropt，提高后到输出阻抗使得输出电压达到峰值电压时，输出电流却只有峰值电流的一半。因此，DPA达到第一个峰值效率时的输出功率相对于满功率输出功率而言，回退了 6dB。
[0025]中等功率输出状态:主放大器输出电压达到饱和，适当的偏置使得从放大器开始工作。随着输入功率的增加，从放大器输出电流增加。由有源负载牵引技术可知，Rout增加，RIN减小。这使得主放大器输出电压基本保持不变，不会产生过饱和，同时主放大器输出电流继续增加，主放大器效率保持最大值。由于从放大器工作电流未达到最大，故DPA系统效率有所下降，但是依然维持在较高水平。
`[0026]满功率输出状态:主从放大器都以最佳匹配阻抗形式达到饱和输出，DPA系统达到最大功率输出，系统效率也达到单个理想B类放大器的最大效率值(78.5%)，即第二个峰值效率。
[0027]放大单元的工作电压、电流图如附图3主放大器的输出电压可用式(I)表示:
[0028]Vm = Zti [(^)Im-1,]( I ?
Kl
[0029]图中Vt为转折点输入电压，Vinmax为最大输入电压，二者关系为Vt= a Vin max, VmS信号输入电压，Im为主放大器工作电流，Ip为从放大器工作电流，Imax m为主放大器最大输出电流，Imaxjj为从放大器最大输出电流。那么根据图2，得到主放大器三种工作状态下的输出电压Vm表达式如下:
[0030]I) Vin < Vt 时:
[0031]Vm =Z1nIm/Rl(2)
[0032]Fmaxffl=^Zmaxm (Vin=V1 )H)
— a —
[0033]2)VT<Vin<Vmax—?1时:
【权利要求】
1.一种放大器模组，其特征在于，其包括温度补偿电路、ALC电路、ATT电路、MCU电路、温度检测电路、功率检测电路、耦合电路、环形器和放大单元，该温度补偿电路的输出端连接到ALC电路的输入端，而ALC电路的输出端连接到ATT电路的输入；该温度检测电路的输出端连接到MCU电路的调控输入端，而MCU的控制输出端分别连接并控制温度补偿电路、ALC电路和ATT电路；ATT电路的输出端连接到放大单元，通过放大单元之后连接到耦合电路的输入端，而耦合电路的输出端分为两路，一路经过功率检测电路输入到MCU电路，而另一路输出端连接到环形器的输入端。
2.根据权利要求1所述放大器模组，其特征在于，该放大单元包括三个放大器:预驱动放大器、驱动放大器以及末级放大器，三个放大器依次串联。
3.根据权利要求2所述放大器模组，其特征在于，其中驱动放大器采用对称doherty架构和末级放大器采用非对称doherty架构，驱动放大器和末级放大器的结构相同，均包括功分器、主放大器、辅助放大器和主抗变换电路；射频信号经功分器分路为两路，一路进入主放大器，而另一路进入辅助放大器，两路经过放大器的信号通过1/4波长主抗变换电路合路输出到负载。
4.根据权利要求3所述放大器模组，其特征在于，在该非对称doherty架构中主放大器和辅助放大器功率比为1:1.5。
【文档编号】H03F1/07GK203504500SQ201320592558
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】卓龙声 申请人:深圳市鼎芯无限科技有限公司
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