[发明专利]一种提高射频功率放大器效率的自动控制方法

说明书

本发明公开一种提高射频功率放大器效率的自动控制方法，通过对射频功率放大器的栅‑源电压Vgs的自动控制实现实时调整射频功率放大器的静态工作点，将射频功率放大器的输入信号、输出信号进行耦合后混频、低通滤波，得到直流信号；单片机中的模数转换器实时采集该直流信号的电压信息并将其与已知的理想值进行比较，比较后的差值提供给单片机中的数模转换器用于输出相匹配的电压，数模转换器的输出端接电感L1后接入射频功率放大器的栅极，实现实时调整射频功率放大器的栅‑源电压Vgs。其采用自动控制方法，实现了附加效率和误差矢量幅度的有效均衡。换言之，在保证输出误差矢量幅度情况下将附加效率调至最高，并且电路结构极为精简，适于广泛应用。

技术领域

本发明涉及射频功率放大器技术领域，特别是一种提高射频功率放大器效率的自动控制方法。

背景技术

在无线通信或是雷达系统中，射频功率放大器的能耗一直占比居高不下，且效率偏低。例如，手机中射频功率放大器的能耗占整机的比例高达50％，成为通话时间长短的瓶颈。高阶、多载波和大带宽调制信号引起的高峰均比也导致功率放大器附加效率偏低，如工作在10dB的峰均比条件下的功率放大器按线性回退后的附加效率仅10％左右。

为了提升功率放大器的附加效率和降低整机功耗，以及促进绿色通信的发展，业界一方面开发新型材质的器件如宽禁带半导体氮化镓来增加工作带宽和附加效率；另一方面则是采用预失真和包络跟踪的技术来提高附加效率。氮化镓功率放大器主要是优异的散热特性和高电子迁移率，因此其饱和工作点的附加效率高。预失真可分为模拟预失真和数字预失真两种，本质上是基于反馈和补偿的思想，最终将功率放大器的增益线性化，使其能接近饱和点工作，效率因此而提升。包络跟踪在民用手机中应用很普遍，大致原理是在功率放大器输出端耦合后进行幅度、相位检测，在不同的输出功率下配置不同的漏-源极工作电压，从而使得功率放大器在各种输出功率下均能保持较高的附加效率。

目前这些解决方式虽取得了不少成效，但也有各自的弊端。氮化镓功率放大器基本都是耗尽型器件，负压偏置，且成本高，价格大约是同等功率硅基功率放大器的8-10倍。因此，它在高速开关切换和成本敏感的应用上难以推广。预失真需要反馈、幅相比较和补偿等，需增加不少的有源器件，特别是数字预失真，离不开下变频器、模数转换器和数字信号处理等单元，功耗和体积无法有效控制和平衡，因而它通常适用于大型基站，在小型化终端应用方面无法施展开来。包络跟踪主要应用于民用手机领域，尽管发射功率不大，但需要快速准确地调整漏‐源电压才能发挥既定作用，严格的电源布局布线要求令不少设计者望而却步。除此之外，漏‐源之间的电流大，电源控制难度也大，这也导致了包络跟踪技术难以推广应用到大功率放大器上。

如图1所示，图1中的曲线表征了射频功率放大器的静态电流Id随偏置电压Vgs的关系。在现有的射频功率放大器设计中，通常用分压电阻或者可变电阻器将栅极电压调到一个固定值，比如V3静态电压工作点。这样，静态工作点是固定的，工作状态也是固定的，由于不能灵活地调节静态点，其存在的问题是在某一输出功率点的功放附加效率较高，在其他输出功率的工作点上效率偏低，如图2所示。

发明内容

针对射频功率放大器的能耗高且效率偏低的问题，为克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种提高射频功率放大器效率的自动控制方法。其采用自动控制方法，实现了附加效率和误差矢量幅度的有效均衡。换言之，在保证输出误差矢量幅度情况下将附加效率调至最高，并且电路结构极为精简，适于广泛应用。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高射频功率放大器效率的自动控制方法，其特征在于，通过对射频功率放大器的栅-源电压Vgs的自动控制实现实时调整射频功率放大器的静态工作点，方法如下：