CN109510634A - 射频功率放大器动态功率调整装置以及动态功率调整方法 - Google Patents

射频功率放大器动态功率调整装置以及动态功率调整方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了射频功率放大器动态功率调整装置以及动态功率调整方法，所述射频功率放大器动态功率调整装置，设置在产生射频信号的设备和天线之间，包括射频放大器和射频耦合器；还包括滤波器、射频功率检波器、微控制单元以及供电电压和偏压控制器，所述射频耦合器的输出端还连接所述滤波器的输入端，所述滤波器的输出端连接所述射频功率检波器的输入端，所述射频功率检波器的输出端连接所述微控制单元的输入端，所述微控制单元的输出端连接所述供电电压和偏压控制器的输入端，所述供电电压和偏压控制器的输出端连接所述射频放大器的输入端。

Description

射频功率放大器动态功率调整装置以及动态功率调整方法
技术领域
本发明属于在通讯的领域，特别涉及移动通信室内覆盖采用的射频功放技术，具体涉及射频功率放大器动态功率调整装置以及动态功率调整方法。
背景技术
目前，在现有室内覆盖的应用场景下，射频功率放大器，作为发射机的末级，起到将调制信号放大到所需要的功率值，送到天线中发射的功能，保证在一定区域内的接收机可以接收足够高的信号电平，并不干扰相邻信道信号。
在现有室内覆盖环境中，为满足边缘场强，考虑全向吸顶天线或定向天线增益，末级功放应满足最大线性功率输出+17dBm(例如调制方式64QAM，需要满足ACPR-45dBc)，在射频功放选型时，考虑到成本和性能因素，此类功放多采用AB类，会根据信号峰均比做线性度回退处理的方法使用，保证功放线性工作在线性区，避免饱和失真，以保证邻道泄露及矢量幅度误差(EVM)符合标准要求，并在保证峰均比的情况下还会考虑增加余量以保证稳定性。
举例说明：
峰均比：10dB；
输出功率：+17dBm；
设计余量：2dB。
射频功率放大器的选型应满足：
17dBm+10dB+2dB＝29dBm
即应选取P1dB大于29dBm射频功率放大器，才能满足***需求。
但在移动通信室内覆盖布线时，产生射频信号的设备到天线之间需要经过多个无源器件，如线缆、连接器、功分器和耦合器，产生射频信号的设备到每个天线经过的无源器件数量不同，并且施工时各个器件连接质量也不同，导致射频信号到达天线的功率千差万别，严重偏离设计的理论功率，大部分天线存在功率不满足的情况，实际场景低于+10dBm现象非常普遍，传统的有源天线末级AB类的射频功放根据峰均比与标称的输出功率，压缩点已经固定，无法调整，将会引入如下几个问题：
(1)功耗大而且固定，与输入输出信号大小无关；
(2)对于远程供电***，对供电压力大；
(3)功放造成远端机的温度提升，加速老化过程。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种射频功率放大器动态功率调整装置以及动态功率调整方法，解决了因功率放大器无法调整最大输出功率导致的功耗大、供电压力大和远端机老化快速的问题。
为了实现上述目的，本发明提供的一种射频功率放大器动态功率调整装置，设置在产生射频信号的设备和天线之间，包括射频放大器和射频耦合器，产生射频信号的设备连接所述射频放大器的输入端，所述射频放大器的输出端连接所述射频耦合器的输入端，所述射频耦合器的输出端连接天线；
还包括滤波器、射频功率检波器、微控制单元以及供电电压和偏压控制器，所述射频耦合器的输出端还连接所述滤波器的输入端，所述滤波器的输出端连接所述射频功率检波器的输入端，所述射频功率检波器的输出端连接所述微控制单元的输入端，所述微控制单元的输出端连接所述供电电压和偏压控制器的输入端，所述供电电压和偏压控制器的输出端连接所述射频放大器的输入端。
优选地，所述滤波器为无源滤波器。
进一步地，所述微控制单元为具有ADC功能和/或具有DAC功能的单片机。
本发明还提供一种根据上述的动态功率调整装置的动态功率调整方法，包括以下步骤：
(1)射频放大器接收射频信号并且将信号功率放大；
(2)步骤(1)中放大后的信号进入射频耦合器，射频耦合器将信号功率耦合为固定比例；
(3)将步骤(2)得到的固定比例的信号输送到滤波器，滤波器从该信号中提取待处理信号；
(4)将步骤(3)得到的待处理信号输送到射频功率检波器进行检测，射频功率检波器根据检测到的不同信号功率转换为不同的电压值；
(5)微控制单元采集到步骤(4)转换的电压值并根据电压值计算得到输出功率；
(6)判断步骤(5)得到的输出功率与理论既定功率的大小，若输出功率小于理论既定功率，则微控制单元调节供电电压和偏压控制器使供电电压和偏压控制器降低供电电压和偏置电压的输出电平，得到输出信号；若输出功率不小于理论既定功率，则微控制单元不调节供电电压和偏压控制器，得到输出信号。
进一步地，还包括以下步骤：
(7)射频放大器的输入端接收步骤(6)得到的输出信号并且将信号功率放大；
(8)步骤(7)中放大后的信号进入射频耦合器，射频耦合器将信号功率以固定比例进行耦合；
(9)将步骤(8)得到的固定比例的信号输送到天线以供使用。
本发明提供的射频功率放大器动态功率调整装置以及动态功率调整方法，具有如下有益效果：
1、将功放做闭环设计，通过输出功率检测，动态调整功放状态，达到降低功耗的目的，节约能耗；
2、对于远程供电***，供电压力减小；
3、功耗降低，使远端机的温度降低，减慢老化过程。
附图说明
图1为本具体实施方式的射频功率放大器动态功率调整装置的结构示意图。
图中：
1.射频放大器 2.射频耦合器 3.滤波器 4.射频功率检波器 5.微控制单元 6.供电电压和偏压控制器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
射频功率放大器动态功率调整装置，设置在产生射频信号的设备和天线之间，包括射频放大器1、射频耦合器2、滤波器3、射频功率检波器4、微控制单元5(MCU)以及供电电压和偏压控制器6，射频放大器1的输出端连接射频耦合器2的输入端，射频耦合器2的输出端连接滤波器3的输入端，滤波器3的输出端连接射频功率检波器4的输入端，射频功率检波器4的输出端连接微控制单元5的输入端，微控制单元5的输出端连接供电电压和偏压控制器6的输入端，供电电压和偏压控制器6的输出端连接射频放大器1的输入端。
滤波器3根据使用频段选择采用无源滤波器(LC滤波器或声表滤波器)，易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波(3、5、7)构成低阻抗旁路，LC滤波器的制作比较容易，价格较低，能应用的频带宽，广泛应用于通信、仪表等领域中；滤波器3多选择使用带通滤波器。带通滤波器能够把非需要信号滤掉，安装更简单、设计使用简单、体积更小。
微控制单元5(MCU)应选择使用带ADC(模数变换器)功能的单片机，能够将连续变量的模拟信号进行采样。微控制单元5(MCU)可以选择使用带 DAC(数模变换器)功能的单片机，通过算法计算，调整输出模拟电压能够输出不同幅度的模拟电压，用来调整放大器偏执电压。
射频放大器1的输入端接收信号并且将信号功率放大，放大后的信号进入射频耦合器2，射频耦合器2将信号功率以固定比例耦合出来之后输送到滤波器3，滤波器3从中进行通带选择，提取所需信号，过滤非所需信号，提取所需信号后将所需信号输送到射频功率检波器4，射频功率检波器4根据检测到的不同信号功率转换为不同的电压值，射频功率检波器4将信号功率转换为电压后将电压发送给微控制单元5，微控制单元5采集到电压值后通过相关算法完成输出功率的计算；当输出功率低于理论输出的既定功率时，微处理单元会根据功放管的特性，可以是一个线性的函数ax-b或对数公式或其他算法公式，或功率对应采样电压的列表，即不同的功率对应偏置电压线性下减或其他对应关系，则可以启动该动态功率调整装置，由微控制单元5调节供电电压和偏压控制器6，供电电压和偏压控制器6降低供电电压和偏置电压的输出电平，从而达到降低功放最大输出功率的目的，降低功耗，节约能耗，将调整降低电压和输出电平后的信号通过射频放大器1和射频耦合器2后送到天线以供使用；当输出功率不低于理论输出的既定功率时，则不需要启动该动态功率调整装置，直接将接收的信号通过射频放大器1和射频耦合器2后送到天线以供使用。
实施例1
现有室分常见组网，即1RRU-1近端机—40远端有源天线，有源***远端机整机功耗约为4W，末级所选用射频放大器1(PA)的功耗约为1.175,占总功耗超过25％，P-1dB为30dBm；启动该动态功率调整装置，通过供电电压和偏压控制器6降低供电电压和偏置电压的输出电平，降低功放最大输出功率，测试不同偏执电压所对应的P-1db，测试得出P-1dB由30dBm降低到27dBm时,则功耗可降低为0.65W，单个远端有源天线即可降低约0.5W功耗，40台远端机可降低 20W总功耗，在4G或5G室内覆盖广泛采取MIMO技术的情况下，40台远端机双通道的情况下则可以降低20×2＝40W功耗。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.射频功率放大器动态功率调整装置，设置在产生射频信号的设备和天线之间，包括射频放大器和射频耦合器，产生射频信号的设备连接所述射频放大器的输入端，所述射频放大器的输出端连接所述射频耦合器的输入端，所述射频耦合器的输出端连接天线；其特征在于，
还包括滤波器、射频功率检波器、微控制单元以及供电电压和偏压控制器，所述射频耦合器的输出端还连接所述滤波器的输入端，所述滤波器的输出端连接所述射频功率检波器的输入端，所述射频功率检波器的输出端连接所述微控制单元的输入端，所述微控制单元的输出端连接所述供电电压和偏压控制器的输入端，所述供电电压和偏压控制器的输出端连接所述射频放大器的输入端。
2.根据权利要求1所述的动态功率调整装置，其特征在于，所述滤波器为无源滤波器。
3.根据权利要求1所述的动态功率调整装置，其特征在于，所述微控制单元为具有ADC功能和/或具有DAC功能的单片机。
4.根据权利要求1-3任一项所述的动态功率调整装置的动态功率调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)射频放大器接收射频信号并且将信号功率放大；
(2)步骤(1)中放大后的信号进入射频耦合器，射频耦合器将信号功率耦合为固定比例；
(3)将步骤(2)得到的固定比例的信号输送到滤波器，滤波器从该信号中提取待处理信号；
(4)将步骤(3)得到的待处理信号输送到射频功率检波器进行检测，射频功率检波器根据检测到的不同信号功率转换为不同的电压值；
(5)微控制单元采集到步骤(4)转换的电压值并根据电压值计算得到输出功率；
(6)判断步骤(5)得到的输出功率与理论既定功率的大小，若输出功率小于理论既定功率，则微控制单元调节供电电压和偏压控制器使供电电压和偏压控制器降低供电电压和偏置电压的输出电平，得到输出信号；若输出功率不小于理论既定功率，则微控制单元不调节供电电压和偏压控制器，得到输出信号。
5.根据权利要4所述的动态功率调整方法，其特征在于，还包括以下步骤：
(7)射频放大器的输入端接收步骤(6)得到的输出信号并且将信号功率放大；
(8)步骤(7)中放大后的信号进入射频耦合器，射频耦合器将信号功率以固定比例进行耦合；
(9)将步骤(8)得到的固定比例的信号输送到天线以供使用。
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