CN105897181B - 一种高速率数字信号发射机功率放大装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速率数字信号发射机功率放大装置，包括高速串并转换器、高速并串转换器和M个相互并联设置的功率放大器，每个功率放大器的输入端与高速串并转换器连接、其输出端与高速并串转换器连接，每个功率放大器上连接有用以提供功率放大器的工作电压的电压控制装置，所述电压控制装置的输入端与所对应的高速串并转换器的输出串口连接，其中M为4的正整数倍的数值。本发明高速率数字信号发射机功率放大装置的效率高，线性特性优良，功率放大器的供电电压能随输入信号的幅度同步变化，在保证了信号放大的同时，降低了功率放大器的功耗，减少了功率放大器的发热量。

Description

一种高速率数字信号发射机功率放大装置
技术领域
本发明涉及一种功率放大装置，具体涉及一种高速率数字信号发射机功率放大装置。
背景技术
随着科学技术的不断发展，通信实现了数据吞吐量的空前增长。现阶段通信行业对发射机的发射功率的要求也越来越高，而当前通信速率越来越高，这对发射机功率放大装置的响应速度和效率提出了更高的要求；同时，非线性是发射机功率放大装置面临的另一个问题。在输入端加载大功率信号时，发射机功率放大装置若不能线性将该信号放大，可能出现增益饱和以及失真的情况；另外，发射机发射的信号中，部分信号的电平保持在较低值，只有部分信号电平达到峰值功率，因此，功率放大器只能在达到峰值功率时提供最高效率，大部分时间中，功率放大器都无法有效利用输入的功率，无用功率会转变为热能，导致电能的浪费。
功率放大器的线性度和效率是设计功率放大器的重点。目前，是通过Doherty技术来解决发射机功率放大装置的效率问题。Doherty的一般结构由2个功放组成：一个主功放、一个辅助功放，在主功放的输出端连接有90°四分之一波长阻抗变换器、在辅助功放的输入端连接有90°四分之一波长阻抗变换器。主功放工作在B类或者AB类，辅助功放工作在C类。两个功放不是轮流工作，而是主功放一直工作，辅助功放到设定的峰值才工作(这个功放也叫作peak ampli-fier)。采用Doherty功率放大器虽然可以让发射机功率放大装置在较大的动态范围内保持较高效率，但其线性度较差，在传输高速率数据时，其响应速度很慢、无法满足高速率数据的要求。
发明内容
针对上述的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种高速率数字信号发射机功率放大装置，该功率放大装置对高速率数据信号具有良好的时间响应能力和输出效率。
为解决上述问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种高速率数字信号发射机功率放大装置，包括高速串并转换器、高速并串转换器和M个相互并联设置的功率放大器，每个功率放大器的输入端与高速串并转换器连接、其输出端与高速并串转换器连接，每个功率放大器上连接有用以提供功率放大器的工作电压的电压控制装置，所述电压控制装置的输入端与所对应的高速串并转换器的输出端连接，其中M为4的正整数倍的数值。
上述方案中，所述电压控制装置包括解调器、D/A转换器和电压放大器，所述解调器的输出端与D/A转换器的输入端连接，D/A转换器的输出端与电压放大器的输入端连接，电压放大器的输出端与功率放大器的主电源输入端D连接。
上述方案中，进一步地，所述电压控制装置还包括电压检测模块、处理芯片和控制开关，所述电压检测模块的输入端与电压放大器的输出端连接，所述处理芯片的输入端与电压检测模块的输出端连接、处理芯片的输出端与控制开关连接，所述控制开关的输出端与一备用电源输入端S连接，该备用电源输入端S与功率放大器连接。
上述方案中，各功率放大器包括三功分器、载波放大器和2个相互并联设置的峰值放大器，所述载波放大器的输入端与三功分器的输出端连接、其输出端连接有一个四分之一波长阻抗变换器且该四分之一波长阻抗变换器与信号输出端连接，每个峰值放大器的输入端与三功分器的输出端连接、其输出端通过一个四分之一波长阻抗变换器后与信号输出端连接。
上述方案中，M为可以4、8或16中的任意数值。
本发明的工作原理为：
1）本发明通过高速串并转换器将高速串行数字信号转换成多路低速并行数字信号，多路低速并行数字信号分别输入对应的功率放大器进行功率放大，放大后的信号输入高速并串转换器，将信号恢复成串行信号；
2）在进行1）中的串并转换后，本发明通过电压控制装置同时对功率放大器的供电电压进行控制，即通过解调器将接收到的并行数字信号进行解调，解调出原始数字信号，通过D/A转换器将原始数字信号转变成模拟电压信号，再通过电压放大器将模拟电压信号进行功率放大后为所述功率放大器供电，功率放大器工作。由于功率放大器的供电电压波形与并行数字信号的“包络”的波形相同，因此所述功率放大器的供电电压将根据该并行信号（即输入信号）的幅度同步变化，当信号达到功率峰值时，所述功率放大器的供电电压也达到峰值，信号的功率较低时，所述功率放大器的供电电压也保持较低。这样既能保证了信号的功率正常放大，同时也降低了所述功率放大器的供电电压，节省了电能，还减少了功率放大器的发热量，保证了功率放大器不会由于过热而损坏。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用的功率放大器为新型结构的三路Doherty电路，与传统三路Doherty电路相比，它能在更大回退范围内获得高效率的放大倍数。
2、本高速率数字信号发射机功率放大装置将高速率信号变成多路低速率信号，而放大器对低速率信号的放大的线性程度以及时间响应速度，均远高于对高速率信号的放大的线性程度以及时间响应速度，通过将高速信号降为低速信号后进行功率放大后再还原的方式，提高了放大器的效率以及时间响应速度，并且使放大器在较大的范围内也能保持良好的线性特性。
3、本高速率数字信号发射机功率放大装置将发射机发来的数字信号进行解调，得到原始数字信号后进行电压放大，为所述功率放大器供电，实现了功率放大器的供电电压能跟随输入信号的幅度同步变化，在保证了信号放大的同时，降低了功率放大器的功耗，节省了电能，还减少了功率放大器的发热量，保证功率放大器不会因为过热而停止工作。
附图说明
图1 为本高速率数字信号发射机功率放大装置的组成结构框图。
图2为每个电压控制装置的组成连接框图。
图3为每个功率放大器的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的解释说明，但不用以限制本发明。
如图1所示，一种高速率数字信号发射机功率放大装置，包括高速串并转换器、高速并串转换器和M个相互并联设置的功率放大器，每个功率放大器的输入端与高速串并转换器连接、其输出端与高速并串转换器连接，每个功率放大器上连接有用以提供功率放大器的工作电压的电压控制装置，所述电压控制装置的输入端与所对应的高速串并转换器的输出串口连接，其中M为4的正整数倍的数值。M为4、8或16中的任意数值，本实施例中，M为8，即所述高速串并转换器输出的并行信号为8路。
如图2所示，所述电压控制装置包括解调器、D/A转换器和电压放大器，所述解调器的输出端与D/A转换器的输入端连接，D/A转换器的输出端与电压放大器的输入端连接，电压放大器的输出端与功率放大器的主电源输入端D连接。通过所述电压控制装置能够使每个功率放大器的供电电压随输入的并行信号的变化而同步变化，即高信号或低信号时，为功率放大器供电、则功率放大器工作；而无信号时，功率放大器不工作。
为防止由于输入的信号太弱，即经电压放大器放大后也不能达到功率放大器的启动电压，造成零信号输出的情况。本实施例中，所述电压控制装置还包括电压检测模块、处理芯片和控制开关，所述电压检测模块的输入端与电压放大器的输出端连接，所述处理芯片的输入端与电压检测模块的输出端连接、处理芯片的输出端与控制开关连接，所述控制开关的输出端与一备用电源输入端S连接，该备用电源输入端S与功率放大器连接。通过电压检测模块采集电压放大器输出端的模拟电压信号、并发送给处理芯片，所述处理芯片将该电压信号与设定的工作电压值相比较：当该电压信号低于设定的工作电压值时，向控制开关发出启动备用电源输入端S的指令，此时功率放大器也能正常工作；而当该电压信号高于设定的工作电压值时，向控制开关发出关闭备用电源输入端S的指令，此时由主电源输入端D供电即可。
如图3所示，各功率放大器包括三功分器、载波放大器和2个相互并联设置的峰值放大器，所述载波放大器的输入端与三功分器的输出端连接、其输出端连接有一个四分之一波长阻抗变换器且该四分之一波长阻抗变换器与信号输出端连接，每个峰值放大器的输入端与三功分器的输出端连接、其输出端通过一个四分之一波长阻抗变换器后与信号输出端连接。
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，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 (3)

1.一种高速率数字信号发射机功率放大装置，其特征在于：包括高速串并转换器、高速并串转换器和M个相互并联设置的功率放大器，每个功率放大器的输入端与高速串并转换器连接、其输出端与高速并串转换器连接，每个功率放大器上连接有用以提供功率放大器的工作电压的电压控制装置，所述电压控制装置的输入端与所对应的高速串并转换器的输出端连接，电压控制装置包括解调器、D/A转换器、电压放大器、电压检测模块、处理芯片和控制开关，解调器的输出端与D/A转换器的输入端连接，D/A转换器的输出端与电压放大器的输入端连接，电压放大器的输出端与功率放大器的主电源输入端D连接，电压检测模块的输入端与电压放大器的输出端连接，处理芯片的输入端与电压检测模块的输出端连接、处理芯片的输出端与控制开关连接，控制开关的输出端与一备用电源输入端S连接，该备用电源输入端S与功率放大器连接，其中M为4的正整数倍的数值。
2.根据权利要求1所述的高速率数字信号发射机功率放大装置，其特征在于：各功率放大器包括三功分器、载波放大器和2个相互并联设置的峰值放大器，所述载波放大器的输入端与三功分器的输出端连接、其输出端连接有一个四分之一波长阻抗变换器且该四分之一波长阻抗变换器与信号输出端连接，每个峰值放大器的输入端与三功分器的输出端连接、其输出端通过一个四分之一波长阻抗变换器后与信号输出端连接。
3.根据权利要求1所述的高速率数字信号发射机功率放大装置，其特征在于：M为4、8或16中的任意数值。
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