本發(fā)明涉及功率放大器，尤其是涉及一種基于自適應(yīng)功率放大器模塊的通信裝置。

背景技術(shù)：

1、射頻功率放大器（rf?pa）是無線通信發(fā)射系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，其主要功能是將調(diào)制振蕩電路產(chǎn)生的小功率射頻信號放大，以便獲得足夠的射頻輸出功率，饋送到天線上輻射出去。射頻功率放大器的設(shè)計重點在于提高輸出功率和效率。一般使用lc諧振回路來實現(xiàn)不失真放大，并盡量減小輸出中的諧波分量，以避免對其他頻道產(chǎn)生干擾。

2、許多傳統(tǒng)的功率放大器在放大信號時效率不高，尤其是在處理非線性信號時。這意味著它們在轉(zhuǎn)換能量時會浪費大量電能，產(chǎn)生熱量，這降低了整體系統(tǒng)的能源效率。

3、在無線通信系統(tǒng)中，功率放大器的線性度非常重要。非線性放大會導(dǎo)致信號失真，產(chǎn)生諧波和互調(diào)產(chǎn)物，這些會干擾其他通信頻道，降低通信質(zhì)量。

4、由于功率放大器的效率不高，它們在運行過程中會產(chǎn)生大量熱量。如果不有效地管理這些熱量，可能會導(dǎo)致設(shè)備過熱，降低性能，甚至損壞放大器。

5、在高溫和變化的操作條件下，功率放大器的可靠性可能會降低，這可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障和維修成本增加。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述傳統(tǒng)的功率放大器的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于自適應(yīng)功率放大器模塊的通信裝置。采用如下的技術(shù)方案：

2、一種基于自適應(yīng)功率放大器模塊的通信裝置，包括射頻信號輸入模塊、射頻信號處理分析模塊、基于芯片控制的階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊和射頻信號發(fā)射模塊；

3、所述射頻信號處理分析模塊分別與射頻信號輸入模塊、階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊和射頻信號發(fā)射模塊通信連接，采集和分析輸入信號參數(shù)、發(fā)射信號參數(shù)和功率放大參數(shù)，基于功率附加效率和放大器線性度指標為優(yōu)化目標，向階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊交互基于梯度下降法的功率放大策略指令，所述階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊與射頻信號處理分析模塊通信連接，執(zhí)行基于梯度下降法的功率放大策略指令，基于射頻信號處理分析模塊的每個調(diào)整時間后的功率附加效率和放大器線性度優(yōu)化反饋值，實現(xiàn)最優(yōu)的功率附加效率和放大器線性度優(yōu)化調(diào)整，所述射頻信號發(fā)射模塊與階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊的信號輸出端通信連接，發(fā)射放大后的射頻信號。

4、通過采用上述技術(shù)方案，射頻信號處理分析模塊的作用是對輸入信號參數(shù)、發(fā)射信號參數(shù)和功率放大參數(shù)進行采集和分析，在對一個相對穩(wěn)定的輸入信號源進行功率放大的任務(wù)中，首先需要控制基于階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊按照最大放大功率進行初始運行，在運行過程中，射頻信號處理分析模塊還需要采集階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊和射頻信號發(fā)射模塊的發(fā)射信號參數(shù)和功率放大參數(shù)，執(zhí)行基于梯度下降法的功率放大策略指令，按照階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊可以提供的放大功率進行依次下降，來尋找功率附加效率和放大器線性度的最優(yōu)平衡點，從而使射頻信號發(fā)射模塊發(fā)射的射頻放大信號穩(wěn)定，強度適中，且功率放大器本身的熱損耗、功率附加效率和放大器線性度處于平衡點位置，提升通信裝置的可靠性。

5、可選的，所述射頻信號處理分析模塊包括lna低噪聲放大器、緩存器和數(shù)據(jù)分析芯片，所述lna低噪聲放大器的輸入端與射頻信號輸入模塊通信交互輸入射頻信號，緩存器的數(shù)據(jù)輸入端與lna低噪聲放大器的數(shù)據(jù)輸出端通信連接，所述數(shù)據(jù)分析芯片分別與緩存器、階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊和射頻信號發(fā)射模塊通信連接，基于降噪處理后的射頻輸入信號和放大后的射頻發(fā)射信號進行優(yōu)化分析，并與階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊通信交互功率放大策略指令。

6、通過采用上述技術(shù)方案，lna低噪聲放大器能盡可能將接收到的輸入信號進行降噪，且對微弱的輸入信號有一定的信號放大作用；

7、lna低噪聲放大器還提供一定的保護作用，例如在輸入信號過強時，lna可能會自動飽和，從而防止信號過載，保護后續(xù)電路免受損壞。

8、數(shù)據(jù)分析芯片可以基于設(shè)置的分析邏輯對輸入信號、輸出信號和放大器的階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊的功率附加效率和放大器線性度來進行分析，制定功率放大策略指令，并與階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊通信交互功率放大策略指令，在階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊執(zhí)行功率放大策略指令后進行后續(xù)監(jiān)測，當(dāng)輸入信號或輸出信號出現(xiàn)大幅變化時，進行實時的功率放大策略的調(diào)整。

9、可選的，數(shù)據(jù)分析芯片的優(yōu)化分析目標是功率附加效率和線性度指標處于平衡點，其中功率附加效率pae的計算公式是：

10、；

11、其中是輸出功率，是輸入功率，是供電功率；

12、線性度指標x的計算公式是：

13、；

14、其中是三階校調(diào)失真值，a是三階校調(diào)失真權(quán)重，acpr是相鄰?fù)ǖ拦β时萢cpr，b是相鄰?fù)ǖ拦β时葯?quán)重；

15、三階校調(diào)失真值的計算公式是：

16、；

17、相鄰?fù)ǖ拦β时萢cpr的計算公式是：

18、；

19、其中是三階交調(diào)失真的功率，是晶體管放大信號功率，是相鄰?fù)ǖ赖墓β剩?/p>

20、優(yōu)化目標為最大化pae同時保持和acpr在設(shè)定范圍內(nèi)，且值小于線性度閾值

21、通過采用上述技術(shù)方案，在設(shè)計功率階梯時，找到放大器線性度和效率之間的平衡點涉及多個參數(shù)和優(yōu)化目標。

22、功率附加效率pae是衡量放大器效率的一個關(guān)鍵指標，其優(yōu)化目標是盡可能的最大化；功率附加效率pae其數(shù)值的高低直接反映了放大器在將輸入功率轉(zhuǎn)換為輸出功率時的效率。pae越高，說明放大器在轉(zhuǎn)換功率時的效率越高，這意味著在相同條件下，能夠提供更多的有用信號功率，同時減少無謂的能量損耗，這對于提高系統(tǒng)整體效率和性能至關(guān)重要。

23、在設(shè)計放大器電路時，pae與線性度往往相互抵觸，因此必須根據(jù)系統(tǒng)的具體要求進行適當(dāng)?shù)膒ae取舍。在振幅較低時，pae可能會降低，甚至低至整體的一半，而pae的最高值則出現(xiàn)在振幅最高的時候。這表明在設(shè)計和優(yōu)化放大器時，需要找到一個平衡點，使得在保證一定線性度的同時，盡可能提高功率附加效率。

24、線性度通過分析三階交調(diào)失真值和相鄰?fù)ǖ拦β时萢cpr的反饋值來確定。

25、可選的，優(yōu)化目標的公式表達為：

26、；

27、；

28、；

29、。

30、通過采用上述技術(shù)方案，優(yōu)化目標可以基于為了自動找到平衡點，可以使用以下優(yōu)化算法：

31、梯度下降法：適用于連續(xù)可微的優(yōu)化問題。

32、遺傳算法：適用于全局優(yōu)化問題，特別是當(dāng)目標函數(shù)是非線性和多模態(tài)時。

33、粒子群優(yōu)化：一種基于群體智能的優(yōu)化工具，適用于尋找全局最優(yōu)解。

34、可選的，階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊包括三個偏置電阻r1、r2、r3、偏置電壓源bias、三個放大器晶體管q1、q2、q3、三個電控晶體管接入開關(guān)s1、s2、s3、主控芯片ic和放大器負載l，三個偏置電阻r1、r2、r3分別用于設(shè)置晶體管的靜態(tài)工作點，偏置電壓源bias用于提供適當(dāng)?shù)钠秒娏?，三個放大器晶體管q1、q2、q3的放大倍數(shù)范圍呈階梯遞增，數(shù)據(jù)分析芯片分別與q1、q2、q3、主控芯片ic與通信連接，主控芯片ic分別控制三個電控晶體管接入開關(guān)s1、s2、s3的執(zhí)行動作，使三個放大器晶體管q1、q2、q3的其中一個運行、任意兩個組合運行或三個同時運行，旁路電容c用于穩(wěn)定偏置電路，放大器負載l用于平衡放大器的熱損耗。

35、通過采用上述技術(shù)方案，選擇適當(dāng)?shù)膔1,?r2,?r3值，以確保晶體管q1在ab類工作模式下工作。選擇合適的bias電壓，確保晶體管在整個工作范圍內(nèi)線性工作。

36、確保偏置電阻的值足夠大，以避免晶體管工作在極值或飽和區(qū)。

37、在工作時，主控芯片ic根據(jù)數(shù)據(jù)分析芯片的分析結(jié)果來控制三個電控晶體管接入開關(guān)s1、s2、s3的執(zhí)行動作，使三個放大器晶體管q1、q2、q3的其中一個運行、任意兩個組合運行或三個同時運行，從而實現(xiàn)多階梯的放大增益結(jié)果，最終達到最大化pae同時保持和acpr在設(shè)定范圍內(nèi)，且值小于線性度閾值的優(yōu)化結(jié)果，實現(xiàn)自適應(yīng)的功率放大。

38、可選的，放大器晶體管q1是高增益高線性度，增益范圍是45db-55db；

39、放大器晶體管q2是中等增益中等線性度，增益范圍是25db-35db；

40、放大器晶體管q3是低增益高線性度，增益范圍是5db-15db；

41、三個放大器晶體管q1、q2、q3的工作頻率相同。

42、可選的，三個電控晶體管接入開關(guān)s1、s2、s3分別是mos管。

43、通過采用上述技術(shù)方案，mos管可以基于控制指令實現(xiàn)信號控制下的通斷。

44、可選的，階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊設(shè)有外部功率選擇開關(guān)s4，所述s4與主控芯片ic通信連接，用于主動指定信號放大倍率。

45、通過采用上述技術(shù)方案，外部功率選擇開關(guān)s4可以在設(shè)備使用過程中為專業(yè)的使用者提供一個可以手動選擇的增益倍數(shù)開關(guān)，默認檔位時自適應(yīng)調(diào)節(jié)檔位，可以是旋鈕開關(guān)的形式。

46、可選的，還包括溫度報警模塊，所述溫度報警模塊用于檢測階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊的溫度，并與主控芯片ic通信連接，當(dāng)判斷溫度大于設(shè)定溫度閾值時報警，與主控芯片ic交互超溫信號，主控芯片ic控制放大器晶體管q3單獨工作。

47、通過采用上述技術(shù)方案，溫度報警模塊可以與檢測階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊進行聯(lián)動控制，避免自適應(yīng)功率調(diào)整過程中設(shè)備異常高溫導(dǎo)致影響設(shè)備正常使用。

48、綜上所述，本發(fā)明包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

49、本發(fā)明能提供一種基于自適應(yīng)功率放大器模塊的通信裝置，射頻信號處理分析模塊的作用是對輸入信號參數(shù)、發(fā)射信號參數(shù)和功率放大參數(shù)進行采集和分析，首先需要控制基于階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊按照最大放大功率進行初始運行，在運行過程中，射頻信號處理分析模塊還需要采集階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊和射頻信號發(fā)射模塊的發(fā)射信號參數(shù)和功率放大參數(shù)，執(zhí)行基于梯度下降法的功率放大策略指令，按照階梯式自適應(yīng)功率放大器模塊可以提供的放大功率進行依次下降，來尋找功率附加效率和放大器線性度的最優(yōu)平衡點，從而使射頻信號發(fā)射模塊發(fā)射的射頻放大信號穩(wěn)定，強度適中，且功率放大器本身的熱損耗、功率附加效率和放大器線性度處于平衡點位置；

50、主控芯片ic根據(jù)數(shù)據(jù)分析芯片的分析結(jié)果來控制三個電控晶體管接入開關(guān)s1、s2、s3的執(zhí)行動作，使三個放大器晶體管q1、q2、q3的其中一個運行、任意兩個組合運行或三個同時運行，從而實現(xiàn)多階梯的放大增益結(jié)果，最終達到最大化pae同時保持和acpr在設(shè)定范圍內(nèi)，且值小于線性度閾值的優(yōu)化結(jié)果，實現(xiàn)自適應(yīng)的功率放大，提升通信裝置的可靠性。