一种射频功率放大器内自动增益与线性控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种射频功率放大器内自动增益与线性控制装置及方法。

背景技术

为使高线性功率放大器在-40℃～+85℃范围内，线性(IMD/ACPR)始终保持在最佳情况下，就必须在温度每变化1℃，对功放管进行相应温度下的栅压补偿。在低温环境中，装置的增益会变高。在高温环境中，装置的增益会变小。为使装置在-40℃～+85℃范围内，高线性功率放大器的增益保持稳定，在每一个温度点，对放大器内部增益补偿的PIN管进行相应的衰减。为了实现上述两种功能，放大器应对装置温度进行实时的温度检测。

实时检测推动级功率管和末级功率管的工作状态并输出功率。高线性功率放大器会根据实时检测到的功率值，对功放管(推动级功率管和末级功率管，下同)的栅压分别进行相应电压值补偿。确保放大器功率在1dB压缩点与回退15dB之间，线性(IMD/ACPR)均保持最佳指标。

然而，现有的技术方案中是采用传统的三极管的pn结进行补偿的，其补偿效果差，无法达到预期的要求；并且补偿速度慢，需要一定的反应时间。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种射频功率放大器内自动增益与线性控制装置及方法；可以快速补充，且达到预期的要求。

本发明之一是这样实现的：一种射频功率放大器内自动增益与线性控制装置，包括衰减模块、D/A芯片、推动级功率放大器、末级功率放大器、嵌入式隔离器、控制芯片、温度传感器以及射频检波模块；

所述控制芯片分别连接所述衰减模块、D/A芯片、射频检波模块以及温度传感器；

所述D/A芯片分别连接所述衰减模块、推动级功率放大器以及末级功率放大器；

所述衰减模块、推动级功率放大器、末级功率放大器以及嵌入式隔离器依次连接；

所述射频检波模块用于检测末级功率放大器输出的信号。

进一步地，所述衰减模块包括DATT衰减器以及压控衰减器，所述DATT衰减器分别连接所述压控衰减器以及控制芯片，所述压控衰减器分别连接所述推动级功率放大器以及D/A芯片。

进一步地，所述压控衰减器包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D1、二极管D2、二极管D3以及二极管D4；所述电容C4的一端部连接至所述DATT衰减器，所述电容C4的另一端连接至所述电阻R3的一端部、二极管D3的阴极以及二极管D4的阴极，所述二极管D4的阳极、二极管D4的阳极、电容C5的一端部以及电容C3的一端部连接电源，所述D/A芯片分别连接所述电阻R2的一端部以及电容C2的一端部，所述电阻R2的另一端部分别连接所述二极管D3的阳极以及二极管D2的阳极，所述推动级功率放大器连接至电容C1一端部，所述电容C1另一端部分别连接所述二极管D2的阴极、二极管D1的阴极以及电阻R1的一端部，所述电阻R1的另一端部、电容C5的另一端部、电容C3的另一端部、电容C2的另一端部以及电阻R3的另一端部均接地。

进一步地，所述射频检波模块包括射频检波器、定向耦合器以及电阻R，所述控制芯片、射频检波器、定向耦合器以及电阻R依次连接，所述电阻R另一端接地，所述定向耦合器微带耦合至所述末级功率放大器的输出端。

本发明之二是这样实现的：一种射频功率放大器内自动增益与线性控制方法，所述方法需提供本发明之一中任意一项的装置；具体包括如下步骤：

射频信号经衰减模块进入推动级功率放大器和末级功率放大器；

通过末级功率放大器将功率推到所需功率值；

在末级功率放大器的输出端至嵌入式隔离器的输入端取出射频信号；

通过射频检波模块将射频信号转为电信号送至控制芯片判断相应的输出功率；

通过控制芯片对温度检测单元进行实时温度检测；

根据公式VGS

式中：VGS

VGS

VGS

VGS

通过D/A芯片将末级功率放大器以及推动级功率放大器的正常工作的偏置电压值的数字信号转换为电信号供给末级功率放大器以及推动级功率放大器；

根据得到的末级功率放大器以及推动级功率放大器的正常工作的偏置电压值进行对应增益补偿。

本发明的优点在于：本发明适用于高线性射频大功率放大器，适用于LDMOS(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor)，MOSFET金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)；射频集成电路类由单片机控制的高线性大功率放大器，是采用由单片机控制放大器内各种参数的调节电路。使功率放大器满功率时和回退时的线性更加理想化，可以将温度补偿曲线更加接近于功率管自身变化曲线特性，确保功率放大器的线性指标受温度影响变化小。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种射频功率放大器内自动增益与线性控制装置的原理图。

图2是本发明压控衰减器的电路图。

具体实施方式

如图1所示，射频信号经过衰减器、压控衰减器，进入推动级功率放大器进行线性放大，由末级功率放大器将功率推到需要的功率值后，经过大功率嵌入式隔离器输出。从末级功率放大器的输出至大功率隔离器的输入端，取出射频信号由射频检波器件将射频信号转为电信号，送至自动控制芯片处理，判断输出功率值。自动控制芯片对温度传感器进行实时检测，当温度传感器检测到温度发生变化时，自动控制芯片会根据公式算出VGS

放大器的增益受温度影响而变化，同时自动控制芯片会根据温度传感器检测的温度进行实时增益补偿，通过控制压控衰减器的衰减值进行实时的温度补偿。图2为采用MA4P7455 PIN Diode Attenuator实现的压控衰减器电路，PIN4\PIN5接5V电源，PIN2接到D/A芯片，由D/A芯片产生在不同温度下的电压值进行控制并相应对RF射频链路增益进行控制，从而达到实时增益补偿作用。

本发明具有通电先全衰减DATT(衰减31.5DB)、全衰减压控衰减器(约35DB)，通电后上电延时5S启动去衰减；从而保护两级功率放大器管不会在一通电就受到输入大射频信号的影响，从而保护两级功率管器件不会出现损坏。

DATT衰减器为31.5DB总衰减器、步进为0.5DB的射频衰减器件。

本发明基于射频检波器对输出功率进行检测，输出对应的电压值的自动控制芯片，由芯片输出相应控制指令来衰减DATT的值，从而实现自动功率控制。在RFIN输入信号功率变化很大(31DB以内)的情况下，使输出信号功率保持恒定或仅在较小范围内变化的自动控制，步进精度为0.5DB。

如何将栅压补偿值更加接近于功放管自身变化特性。一般情况下，放大器的工作环境温度为-40℃～+85℃，在这个范围内，功放管受温度影响每变化5℃，栅压变化视为线性变化。根据两点确定一条直线的原则，校准出每5℃变化的直线。由公式(1-1)算出每5℃内，每个温度点需补偿的对应电压值。在-40℃～+85℃范围内，分为25个温度校准段。因此，即可更准确设定功放管温度补偿特性曲线。使功放管在温度每变化1℃下，均能得到相应的调整电压。使得在-40℃～+85℃内，每个温度点都对功放管栅压进行补偿。在不同温度下，使功放管输出性能处于最佳状态。

在不同功率档，功放管输出最佳性能所需的栅压是不一样的，因此，必须对不同功率档的栅压进行相应调节。只能采用点校准方式，将每个功率档所需的VGS(栅压)记忆在单片机内。可根据需要进行相应功率档的校准。

为了实现上述功能，引入公式(1-1)，就可以根据不同温度和功率下的VGS(栅压)进行补偿。

在-40℃～+85℃范围内，放大器受温度影响每变化10℃，增益变化值视为线性变化。根据两点确定一条直线的原则，校准出每10℃变化的直线。在由公式(1-1)算出每10℃内，每个温度点需给压控衰减器(PIN管)相对应的电压值。-40℃～+85℃范围内，分为14个校准段，因些，即可算出-40℃～+85℃中，每个温度点需给压控衰减器(PIN管)的电压值。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种射频功率放大器内自动增益与线性控制装置，包括衰减模块、D/A芯片、推动级功率放大器、末级功率放大器、嵌入式隔离器、控制芯片、温度传感器以及射频检波模块；

所述控制芯片分别连接所述衰减模块、D/A芯片、射频检波模块以及温度传感器；

所述D/A芯片分别连接所述衰减模块、推动级功率放大器以及末级功率放大器；

所述衰减模块、推动级功率放大器、末级功率放大器以及嵌入式隔离器依次连接；

所述射频检波模块用于检测末级功率放大器输出的信号。

所述衰减模块包括DATT衰减器以及压控衰减器，所述DATT衰减器分别连接所述压控衰减器以及控制芯片，所述压控衰减器分别连接所述推动级功率放大器以及D/A芯片。

所述压控衰减器包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D1、二极管D2、二极管D3以及二极管D4；所述电容C4的一端部连接至所述DATT衰减器，所述电容C4的另一端连接至所述电阻R3的一端部、二极管D3的阴极以及二极管D4的阴极，所述二极管D4的阳极、二极管D4的阳极、电容C5的一端部以及电容C3的一端部连接电源，所述D/A芯片分别连接所述电阻R2的一端部以及电容C2的一端部，所述电阻R2的另一端部分别连接所述二极管D3的阳极以及二极管D2的阳极，所述推动级功率放大器连接至电容C1一端部，所述电容C1另一端部分别连接所述二极管D2的阴极、二极管D1的阴极以及电阻R1的一端部，所述电阻R1的另一端部、电容C5的另一端部、电容C3的另一端部、电容C2的另一端部以及电阻R3的另一端部均接地。

所述射频检波模块包括射频检波器、定向耦合器以及电阻R，所述控制芯片、射频检波器、定向耦合器以及电阻R依次连接，所述电阻R另一端接地，所述定向耦合器微带耦合至所述末级功率放大器的输出端。

实施例二

本实施例提供了一种射频功率放大器内自动增益与线性控制方法，所述方法需提供实施例一中的装置；具体包括如下步骤：

射频信号经衰减模块进入推动级功率放大器和末级功率放大器；

通过末级功率放大器将功率推到所需功率值；

在末级功率放大器的输出端至嵌入式隔离器的输入端取出射频信号；

通过射频检波模块将射频信号转为电信号送至控制芯片判断相应的输出功率；

通过控制芯片对温度检测单元进行实时温度检测；

根据公式VGS

式中：VGS

VGS

VGS

VGS

通过D/A芯片将末级功率放大器以及推动级功率放大器的正常工作的偏置电压值的数字信号转换为电信号供给末级功率放大器以及推动级功率放大器；

根据得到的末级功率放大器以及推动级功率放大器的正常工作的偏置电压值进行对应增益补偿。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。