專利名稱：減少失真的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種失真補償設(shè)備，尤其涉及一種能夠有效地抵消放大器產(chǎn)生的上邊和下邊三階失真的失真補償設(shè)備。
參照圖6，這里示出一個包括使用前饋電路的失真補償電路的常規(guī)放大器裝置的方框圖。
在圖6示出的放大裝置中，輸入信號(主信號)被電路分配器1分為主信號和輔助信號。主信號被主放大器2放大并且傳送到減法器4。輔助信號經(jīng)過延遲線3提供到減法器4。減法器4從主放大器2輸入的放大的主信號中減去經(jīng)過延遲線3輸入的輔助信號，以提取失真分量。提取的失真分量饋送到失真放大器5，具有失真的放大的主信號經(jīng)過延遲線6傳送到減法器7。饋送到失真放大器5的失真分量被失真放大器5放大并且隨后提供到減法器7。減法器7從經(jīng)過延遲線6提供的放大的主信號中減去從失真放大器5提供的放大的失真分量，因此輸出沒有失真的放大和補償?shù)男盘枴?br> 經(jīng)過延遲線6輸入到減法器7的信號包括主放大器2產(chǎn)生的失真，并且從失真放大器5輸入到減法器7的放大的失真分量相應(yīng)于主放大器2產(chǎn)生的失真。因此，減法器7的輸出信號相應(yīng)于某一信號，其中主放大器2產(chǎn)生的失真被從主放大器2放大的主信號中抵消。電路分配器1及減法器4和7分別通過例如定向耦合器實現(xiàn)。
參照圖7，這里提供了一個包括使用預(yù)失真電路的失真補償電路的常規(guī)放大裝置方框圖。
在圖7示出的放大裝置中，在主放大器12的前級接入預(yù)失真電路11。預(yù)失真電路11預(yù)先引入預(yù)失真，它與主放大器12在主信號中產(chǎn)生的實際失真相比，具有相同幅度但在相位上相差180°(即反相)。接著，預(yù)失真電路11輸出包含預(yù)失真的主信號。主放大器12產(chǎn)生的實際失真和預(yù)失真電路11引入的預(yù)失真會抵消。
在這樣的放大裝置中，對于主信號的輸入變化和失真的頻率特性，預(yù)失真電路11引入的預(yù)失真和主放大器12產(chǎn)生的實際失真應(yīng)該相互完全匹配。放大的信號中產(chǎn)生的失真由AM(調(diào)幅)-AM轉(zhuǎn)換和AM-PM(調(diào)相)轉(zhuǎn)換引起。
相對于放大器的這些參數(shù)，預(yù)失真電路的增益和相位特性應(yīng)該是理想的設(shè)置。然而，因為AM-AM和AM-PM轉(zhuǎn)換的特性非常復(fù)雜，所以這種理想的預(yù)失真電路的特性只能夠由復(fù)雜的函數(shù)來表達，使得實際上不可能從解析或計算來獲得它的特性曲線的系數(shù)。
這樣，如圖8所示設(shè)想了另一種包括使用預(yù)失真電路的失真補償電路的放大裝置。
在圖8示出的放大裝置中，輸入信號如RF(射頻)信號被電路分配器21分為主信號和輔助信號，這里主信號經(jīng)過延遲電路22被傳送到幅度/相位電路27，而輔助信號被饋送到幅度檢測器(包絡(luò)檢測器)23。
幅度檢測器23檢測輔助信號的幅度電平(包絡(luò)電平)。模擬信號的檢測結(jié)果被A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換器24轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并且隨后提供到表格單元25。
在表格單元25，對于不同幅度電平的幅度校正數(shù)據(jù)和相位校正數(shù)據(jù)作為表格存儲在表格單元25的存儲器(未示出)中。相應(yīng)于從A/D轉(zhuǎn)換器24輸入的幅度電平檢測結(jié)果的表格中幅度校正數(shù)據(jù)和相位校正數(shù)據(jù)被讀出并且加載到D/A轉(zhuǎn)換器26。在D/A轉(zhuǎn)換器26中，從表格單元25加載的幅度校正數(shù)據(jù)和相位校正數(shù)據(jù)從數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，并且提供到幅度/相位電路27。
從電路分配器21輸出的主信號被延遲電路22延遲，使得到幅度/相位電路27的延遲的主信號的輸入定時與來自D/A轉(zhuǎn)換器26的幅度校正數(shù)據(jù)和相位校正數(shù)據(jù)的輸入定時同步。
借助于這種延遲，幅度失真根據(jù)相應(yīng)于輔助信號幅度電平的幅度校正數(shù)據(jù)產(chǎn)生，并且隨后引入到幅度/相位電路27的主信號。同時，相位失真根據(jù)相應(yīng)于輔助信號幅度電平的相位校正數(shù)據(jù)產(chǎn)生，并且隨后加到幅度/相位電路27的主信號中。這里，幅度失真和相位失真由幅度/相位電路27提供，使得它們能夠抵消主放大器28產(chǎn)生的實際的幅度和相位失真。
即，表格單元25存儲考慮到主放大器28特性所提供的這種幅度和相位校正數(shù)據(jù)，主放大器28的特性用作為輸入電平的函數(shù)的AM-AM和AM-PM轉(zhuǎn)換表示。因此，根據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器26提供的幅度和相位校正數(shù)據(jù)，幅度/相位電路27可以產(chǎn)生與主放大器28產(chǎn)生的特性相反的預(yù)失真主信號。因此，可以在整個放大裝置上實現(xiàn)理想的無失真放大。
換句話說，幅度/相位電路27的輸出信號由主放大器28放大，由幅度/相位電路27引入的幅度失真和相位失真抵消了主放大器28產(chǎn)生的實際的幅度失真和實際的相位失真。因此，經(jīng)過電路分配器29從主放大器28輸出沒有失真的放大信號。
電路分配器29將從主放大器28輸入的放大信號進行分配，并且將一部分放大信號發(fā)送到失真檢測部分30。
失真檢測部分30檢測在電路分配器29提供的放大信號的樣本補償之后剩余的失真分量，并且將檢測結(jié)果饋送到表格更新電路31。
響應(yīng)于從失真檢測部分30輸入的檢測結(jié)果的表格更新電路31計算幅度校正數(shù)據(jù)和相位校正數(shù)據(jù)，它可以例如使從電路分配器29獲得的放大信號的樣本中剩余的失真分量減至最小，并且將計算結(jié)果輸出到表格單元25，以最佳值重寫存儲在表格單元25的幅度校正數(shù)據(jù)和相位校正數(shù)據(jù)。
通過使用反饋方案，完成幅度校正數(shù)據(jù)和相位校正數(shù)據(jù)的這種更新處理，放大裝置可以有效地工作而不會被溫度變化或老化效應(yīng)所影響。
然而，仍然需要提出的問題是放大器的失真特性一般是隨頻率而變化的。
圖9示出從放大器輸出的兩個主信號和相應(yīng)失真的頻譜圖，其中頻率f1的主信號和頻率f2的另一個主信號被放大器放大。橫軸表示頻率，縱軸表示信號的強度級。圖9示出的頻譜失真相應(yīng)于包括頻率2·f1-f2的下邊三階失真和頻率2·f2-f1的上邊三階失真的互調(diào)(IM)失真分量。這里，在緊靠“f”之后的數(shù)字越大，頻率就越高(即f2＞f1)。
如圖9所示，既使當(dāng)兩個主信號的強度級相同時，在頻率2·f1-f2的下邊三階失真的強度級B和頻率2·f2-f1的上邊三階失真的強度級A之間也可能產(chǎn)生ΔIM(＝A-B)的差值。失真補償被均勻地在整個頻帶上實現(xiàn)。因此，如果這種ΔIM產(chǎn)生，既使在圖7和圖8所示放大裝置的預(yù)失真電路理想地工作的情況下，差值ΔIM的分量也不能被補償并且在失真補償之后留在放大的信號中。
這種差值ΔIM可能源自處理而不是放大器典型的失真產(chǎn)生機構(gòu)。典型地由放大器產(chǎn)生的三階失真分量的強度級在下邊頻率2·f1-f2和上邊頻率2·f2-f1相互相等。
一些因素可以考慮為描述的差值ΔIM的源。一個因素是差頻f2-f1的失真源自包括在主放大器中的晶體管引起的偶次階失真，以及頻率f1和f2的輸入信號被晶體管產(chǎn)生的失真調(diào)制，值得注意的情況是漏極電流的變化如同在AB類放大器時一樣大。
另一方面，也可能如頻率2·f1和頻率2·42的這種二次諧波的輸出分量的頻率與f1和f2的頻率混頻。
下面詳細地描述由于ΔIM的存在，可能發(fā)生的失真補償問題。


圖10A和10B示出當(dāng)包括頻率分量f1、f2、...、fn(n是大于2的整數(shù))的信號被放大器放大時產(chǎn)生的上邊三階失真和下邊三階失真的示范頻譜的示意圖，其中圖10A示出的三階失真的電平比圖10B示出的三階失真電平大X。橫軸表示頻率而縱軸表示信號的電平。
在圖10A和10B中，在失真補償之后剩余的三階失真分量所需的電平用虛線表示，并且要求三階失真分量通過失真補償減小到要求的電平以下。例如，在用于從主放大器放大的信號中提取失真并且抵消基于相應(yīng)的放大信號的失真的前饋電路中，如果失真抵消量足夠大，例如大于圖10A示出的“y”，則圖10A和圖10B示出的所有三階失真分量可以減少到要求的電平以下。然而，如果失真抵消量是“z”，則圖10A示出留在放大的信號中的三階失真分量為“x”。從上面可以看出，在前饋電路中，在放大器產(chǎn)生的上邊和下邊三階失真之中，較低的電平失真分量可以比它們之中較高電平失真分量更容易補償，因此，對于較低電平失真分量可以改進失真補償?shù)木_度。
同時，為了通過使用預(yù)失真電路以較高的精確度來完成失真補償，其中預(yù)定失真被提前引入以抵消主放大器產(chǎn)生的三階失真補償，需要通過考慮三階失真是否如圖10A或圖10B所示產(chǎn)生來調(diào)節(jié)預(yù)失真的幅度和相位。
參照圖11A和11B，更詳細地解釋上面的內(nèi)容。
圖11A示出了描述前饋電路的失真補償處理的矢量圖。如圖11A的情況(1)所示，假設(shè)失真抵消量可以自適應(yīng)地調(diào)節(jié)并且放大器產(chǎn)生的三階失真表示為矢量“-a”，通過謹慎地引入一個矢量“a”的失真，可以完全抵消三階失真，矢量“a”的特性與放大器產(chǎn)生的三階失真特性相反。類似地，如圖1 1A的情況(2)所示，當(dāng)放大器產(chǎn)生的三階失真表示為矢量“-a-b”時，通過謹慎地引入一個矢量“a+b”的失真，可以完全抵消三階失真。矢量“a+b”的特性與放大器產(chǎn)生的三階失真特性相反，圖11B示出通過預(yù)失真電路完成失真補償情況的矢量圖。假設(shè)預(yù)失真量是固定的并且表示為矢量“a”，放大器產(chǎn)生的三階失真表示為矢量“-a”，如圖11B的情況(1)所示，可以完全抵消三階失真。然而，如圖11B的情況(2)所示，當(dāng)放大器產(chǎn)生的三階失真表示為矢量“-a-b”時，其值表示為矢量“-b”的三階失真分量保留。
參照圖12，這里示出一個用于作為頻率f1和f2的兩個輸入信號之間差頻Δf＝(f2-f1)的函數(shù)的三階失真分量強度級表示的放大器失真特性的圖，其中曲線W1和W2分別表示上邊和下邊三階失真分量的特性。橫軸表示差頻Δf，縱軸表示信號的電平。
如圖12所示，在上邊三階失真(upper side third-order distortion)分量和下邊三階失真(lower side third-order distortion)分量的電平之間存在一個偏置。同樣，如果兩個輸入信號的頻率f1和f2改變或者它們之間的差頻Δf變化，上邊和下邊三階失真分量的電平也改變。
因此，在前饋電路的失真補償處理的情況下，如果在最壞情況下放大器產(chǎn)生的上邊和下邊三階失真分量電平變得非常大，則使相應(yīng)的三階失真分量降低到預(yù)定失真電平(要求的電平)所需的失真補償量也變得非常大，因此，增加了很重的處理負擔(dān)。然而，一般來說，如果可以獲得足夠的失真抵消量，則可能在前饋電路中補償失真，既使在上邊和下邊三階失真分量的電平中產(chǎn)生某些不平衡。
另一方面，在提前引入預(yù)定失真的預(yù)失真電路的失真補償中，除了上述問題以外，可能出現(xiàn)的另一個問題是如果包括在放大器放大的信號中的信號分量的頻率偏離預(yù)定的頻率，則不可能獲得要求的失真抵消量。
參照圖13A，這里示出一個示范圖形，用于說明來自包括頻率在fi和fi(j＞i)的兩個信號的放大器的輸出信號，以及在頻率2·fj-fi和2·fi-fj的它的三階失真分量，i和j是1到n。為了便于解釋，假設(shè)頻率分別是f1和f2的兩個信號和它相應(yīng)的三階失真分量具有相同的電平。“IM”表示兩個信號的電平和三階失真分量電平之間的差值。在圖13A中，橫軸表示頻率，而縱軸表示信號的電平。
如圖13B所示，在這種情況下，用實線的曲線Q1表示作為差頻Δf＝(fj-fi)的函數(shù)的“IM”典型特性。然而，考慮到以較高的精確度實現(xiàn)失真補償，最好IM是如虛線的直線Q2表示的常數(shù)。在圖13B中，橫軸表示兩個信號之間的差頻Δf，縱軸表示“IM”的電平。
下面描述相關(guān)于本發(fā)明的一些現(xiàn)有技術(shù)參考。
配置下面描述的示范的現(xiàn)有技術(shù)參考，使得為了通過改善F類工作來獲得晶體管本身增強的效率，在晶體管的輸出一側(cè)短路二次諧波，根據(jù)目的和整個配置，它與本發(fā)明的失真補償設(shè)備不同。
例如，圖14示出在日本專利公布的出版物No.2000-77957(文件1)中公開的高輸出放大器，它被配置為場效應(yīng)晶體管(FET)T11。在晶體管T11的輸出一側(cè)，在基頻匹配電路M11實現(xiàn)基頻匹配。通過線路長度是基頻波長1/4的短路短線B1短路二次諧波信號，使得用于二次諧波信號的阻抗(相位)可以由傳輸線路S11獨立地設(shè)置。三次諧波信號被開路短線B2短路，使得用于三次諧波信號的阻抗(相位)可以由傳輸線路S12獨立地設(shè)置。
另外，圖15示出在日本專利公布的出版物No.1999-220343(文件2)中公開的高輸出放大器，它被配置為FET T12。在晶體管T12的輸出端，通過基頻匹配電路M12實現(xiàn)基頻匹配。通過包括電感器L12和電容C11的二次諧波信號諧振電路以及具有短路短線B3和電容C12的二次諧波信號處理電路來短路二次諧波信號，其中短路短線B3的線長度是基頻波長的1/4。另外，如圖中所示，在這個短路中還安裝有引線電感L11、線圈(扼流圈)L13和DC阻塞電容C13。在晶體管T12的輸入一側(cè)提供輸入匹配電路(未示出)。
另外，圖16示出在日本專利公布的出版物No.1999-234062(文件3)中公開的高頻放大器，它被配置為晶體管T13。在晶體管T13的輸出一側(cè)，通過基頻匹配電路M13實現(xiàn)基頻匹配。通過基頻波長1/4的線長度的傳輸線路S13和電容C14來短路二次諧波信號。
另外，在日本專利公布的出版物No.1997-36670(文件4)中公開的功率放大器被配置為能夠便于抑制非線性失真和減少功率消耗的功率放大器，但這里沒有描述二次諧波。
如上所述，在使用例如前饋電路或預(yù)失真電路的現(xiàn)有失真補償設(shè)備中，在放大器放大具有多個頻率分量的信號的情況下不能獲得足夠的失真抵消量，因為上邊和下邊三階失真分量的電平由于相應(yīng)信號的二次諧波而增加，或者根據(jù)包括在相應(yīng)信號的信號分量的頻率變化以及通過它的差頻變化而改變。
本發(fā)明的另一目的是提供一種失真補償設(shè)備，能夠調(diào)節(jié)上邊和下邊三階失真的電平而使之相互一致，從而有效地實現(xiàn)失真補償，例如通過預(yù)失真電路。
本發(fā)明的又一目的是提供一種失真補償設(shè)備，能夠降低放大器產(chǎn)生的上邊和下邊三階失真的電平，從而有效地實現(xiàn)失真補償，例如通過前饋電路和預(yù)失真電路。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，提供一種減少失真的電路，包括補償裝置，用于補償由放大器產(chǎn)生的上邊三階失真和下邊三階失真，該放大器放大具有多個頻率分量的基頻信號；以及二次諧波反射系數(shù)調(diào)節(jié)電路，安裝在該放大器的一個輸出端，用于調(diào)節(jié)關(guān)于包括在二次諧波信號中的多個頻率分量的反射系數(shù)，以具有一個恒定值。
根據(jù)本發(fā)明的一種減少失真的電路，用于抑制由一放大器產(chǎn)生的上邊和下邊失真，該放大器放大包括多個頻率分量的基頻信號，該電路包括，在該放大器的輸出端，有一個二次諧波反射系數(shù)調(diào)節(jié)電路，能夠調(diào)節(jié)在二次諧波信號中包括的不同頻率分量的反射系數(shù)為一恒定值。
通過從其中輸出后的反射，該二次諧波反射系數(shù)調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)該二次諧波信號中各分量的幅度和相位為恒定的，以被反饋到與各分量之頻率無關(guān)的放大器。因此，可以使得該放大器產(chǎn)生的上邊和下邊三階失真的電平基本上相互一致，而不用考慮它們的頻率，因此，通過例如預(yù)失真電路可以有效地實現(xiàn)失真補償。
即，在輸入到放大器的輸入信號(基頻信號)包括多個頻率分量(包括連續(xù)的頻帶)的情況下，該輸入信號的二次諧波信號也包括多個頻率分量。該二次諧波信號的頻率分量的反射系數(shù)一般根據(jù)它們的頻率而相互不同。然而，因為本發(fā)明將反射系數(shù)調(diào)節(jié)到對于包括在二次諧波信號中的整個頻率分量基本上相同，從二次諧波信號的反射頻率引起的上邊和下邊三階失真可以被調(diào)節(jié)到具有恒定的強度級，而與它們的頻率無關(guān)。這樣，采用預(yù)失真電路的失真補償可以通過使用本發(fā)明來有效地實現(xiàn)，該電路引入預(yù)失真分量以抵消放大器產(chǎn)生的失真，這些預(yù)失真分量具有在整個頻率范圍上產(chǎn)生的相同幅度和相位。在這種配置中，雖然從二次諧波信號引起的上邊和下邊三階失真分量不可能減少到零，但可以消除上邊和下邊三階失真分量之間的不平衡。
在根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的減少失真的電路中，二次諧波反射系數(shù)調(diào)節(jié)電路由二次諧波匹配電路實現(xiàn)，它產(chǎn)生關(guān)于二次諧波信號中包括的多個頻率分量的零值反射系數(shù)。
因此，對于所有的頻率分量，二次諧波信號中的頻率分量的幅度由二次諧波反射系數(shù)調(diào)節(jié)電路減少到零，該二次諧波信號從放大器輸出，然后通過反射被反饋回去。結(jié)果，上邊和下邊三階失真的電平與現(xiàn)有技術(shù)相比被按比例降低，而與頻率無關(guān)。因此，通過前饋電路和預(yù)失真電路可以獲得改進的失真抵消。
換句話說，根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)對放大器產(chǎn)生的二次諧波信號中包括的整個頻率分量的匹配，因此防止二次諧波信號被反射回到該放大器。因此，可以避免從二次諧波信號的反射分量所引起的上邊和下邊三階失真分量，因此放大器產(chǎn)生的三階失真的總量可以比現(xiàn)有技術(shù)降低許多。這樣，通過前饋電路或預(yù)失真電路，可以相應(yīng)減少在失真補償過程中被補償?shù)氖д媪?要求的失真抵消量)，并且失真補償過程的負荷也可以減少。另外，通過消除或減少從二次諧波信號的反射分量中所引起的上邊和下邊三階失真，上邊三階失真和下邊三階失真之間的不平衡也可以消除或減少。因此，通過例如預(yù)失真電路，可以在輸入信號(基頻信號)的整個頻帶上完成理想的失真補償，并且可以實現(xiàn)高精度的失真補償。
在另一可選的根據(jù)本發(fā)明的減少失真電路中，二次諧波反射系數(shù)調(diào)節(jié)電路由二次諧波短路電路實現(xiàn)，它調(diào)節(jié)關(guān)于包括在二次諧波信號中的多個頻率分量的反射系數(shù)至-1之恒定值。
這種使用二次諧波短路電路之配置的優(yōu)點在于它可以容易地實現(xiàn)。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的減少失真電路中，通過使用內(nèi)部匹配型晶體管來配置放大器。通過在晶體管外殼中安裝晶體管芯片和二次諧波短路電路來實現(xiàn)相應(yīng)的減少失真電路。
這種使用內(nèi)部匹配型晶體管的配置的優(yōu)點在于可以實現(xiàn)一個小型裝置并具有改進的效率。
根據(jù)本發(fā)明的上述減少失真電路可以與預(yù)失真電路或前饋失真電路結(jié)合使用，以便補償放大器產(chǎn)生的上邊和下邊三階失真。
如上所述，本發(fā)明調(diào)節(jié)反饋到放大器的二次諧波信號中頻率分量的反射系數(shù)為與它們的頻率無關(guān)的常數(shù)，因此，消除或減少了從放大器中的二次諧波信號所引起的上邊和下邊三階失真分量的電平偏移，并且減小了相應(yīng)的電平。這樣，增強了三階失真分量的補償精度。
包括多個頻率分量的基頻信號可以不具有任何特定的類型，并且包括在基頻信號中的頻率分量的數(shù)量也不需要是任何特定的數(shù)量，只要它不小于1就行。另外，包括在基頻信號中的頻率分量可以具有某一帶寬的離散頻率或連續(xù)頻率。
任何類型的放大器可以用作本發(fā)明的放大器。例如，可以使用一組放大器以及多個放大器的組合。用于放大包括多個頻率分量的信號的放大器稱為公用放大器。
不同的晶體管例如FET可以用作本發(fā)明之放大器的晶體管。
假設(shè)包括在基頻信號中的頻率分量分別具有頻率f1和f2，放大器產(chǎn)生的上邊和下邊三階失真分別表示在頻率2·f2-f1和2·f1-f2的失真。類似地，在基頻信號包括多于兩個頻率分量的情況下，每一對兩個不同頻率的分量就存在一個上邊和一個下邊三階失真。
一般地，由于在放大器中的二次諧波信號所引起的三階失真分量，上邊三階失真的強度級和下邊三階失真的強度級的總量增加，同時在它們之間存在差值(不平衡)。
二次諧波信號是包括若干頻率分量的信號，每個分量的頻率是包括在基頻信號中基頻的兩倍。例如，對于包括頻率是f1和f2的信號的基頻信號，具有頻率2·f1和2·f2的信號從放大器的輸出端輸出作為二次諧波信號。
另外，優(yōu)選的是，關(guān)于包括在二次諧波信號中的整個頻率分量的反射系數(shù)相互一致。然而，在特定應(yīng)用中，反射系數(shù)可以相互不同并處于在實際應(yīng)用中可接受的程度，本發(fā)明的范圍也包括了這種情況。
二次諧波反射系數(shù)調(diào)節(jié)電路可以通過各種不同的電路實現(xiàn)，例如，可以使用具有固定電阻、電容和電感的電路或自適應(yīng)地控制這些值的電路。
放大器產(chǎn)生的三階失真分量的補償精度最好可以減少這種三階失真為零。然而，在失真補償之后可以剩余一定的失真量，只要它在實際應(yīng)用中是可接受的。
在放大器的輸出端最好具有基頻信號的匹配電路，與上述二次諧波反射系數(shù)調(diào)節(jié)電路一起。在放大器的輸入端最好也具有用于基頻信號的匹配電路和用于二次諧波信號的匹配電路。
反射系數(shù)可以定義為“反射系數(shù)＝(從負載反饋的反射波的電壓)/(行進到負載的行波的電壓)”。反射系數(shù)的絕對值即|反射系數(shù)|小于等于1(|反射系數(shù)|≤1)。零值的反射系數(shù)表示所有的行波由負載吸收而不從那里反饋。換句話說，當(dāng)反射系數(shù)是零時，行波完全不被反射，表示一種匹配狀態(tài)。-1值的反射系數(shù)表示短路的全反射狀態(tài)，而+1值的反射系數(shù)表示開路的反射狀態(tài)。|1|的反射系數(shù)表示伴隨相移的反射狀態(tài)。另外，0≤|反射系數(shù)|≤1表示一種不匹配狀態(tài)，其中一部分行波被負載吸收，其剩余部分被反饋到放大器，而1的|反射系數(shù)|表示具有與行波相同之幅度(絕對值)的反射波從負載反饋。
圖5A表示用于實現(xiàn)二次諧波信號之匹配的示例電路圖。在這個電路中，從晶體管Ta輸出的二次諧波信號的行波經(jīng)過匹配電路P和電阻R被負載吸收，因此防止產(chǎn)生相應(yīng)的二次諧波信號的反射波。
圖5B表示用于說明二次諧波信號的全反射的示例電路圖。在這個電路中，從晶體管Tb輸出的二次諧波信號的行波被包括電感L和電容C的二次諧波短路電路全反射，并且隨后反饋到晶體管Tb。采用包括短路的傳輸線路的電路來代替包括電感L和電容C的二次諧波短路電路也可以完成波的全反射，每個傳輸線路具有對應(yīng)于二次諧波之半波長的長度。
下面解釋本發(fā)明的原理。為了便于解釋，假設(shè)基頻信號包括下面描述的兩個頻率分量。然而，在基頻信號中包括兩個以上頻率分量的情況也是相同的。
例如，假設(shè)晶體管(放大器)的失真特性V0用方程式(1)表示，對應(yīng)于頻率f1的角頻率ω1的頻率分量{A1·coS(ω1·t)}和對應(yīng)于頻率f2的頻率分量{A2·cos(ω2·t)}被輸入到晶體管作為輸入信號的基頻信號Vin，在不考慮諧波情況下的三階失真分量X1用方程式(2)表示(參見例如“用于1.95 GHz寬帶碼分多址蜂窩式電話的HTB功率放大器中的互調(diào)產(chǎn)物上的諧波反饋電路效應(yīng)和相鄰信道泄漏功率”，IEICE TRANS.ELECTRON.，VOL.E82-C，NO.5，1999年5月(文件5))。
V0＝g1·Vin+g2·(Vin)2+g3·(Vin)3+… 方程式(1)X1＝(3/4)·A1·(A2)2·g3·cos{(2·ω2-ω1)·t}+(3/4)·(A1)2·A2·g3·cos{(2·ω1-ω2)·t}+…方程式(2)其中g(shù)1、g2、g3、.....是相應(yīng)的系數(shù)；A1和A2表示幅度，“t”表示時間。
如從方程式(2)可以看到的，如果兩個頻率分量的幅度A1和A2相互一致，對應(yīng)于角頻率2·ω2-ω1的頻率2·f2-f1的上邊三階失真的電平(幅度)和對應(yīng)于角頻率2·ω1-ω2的頻率2·f1-f2的下邊三階失真的電平(幅度)變得相互相等，而不考慮角頻率ω1和ω2。在典型的晶體管中總是產(chǎn)生方程式(2)中表示的三階失真分量，并且在本發(fā)明中不采用任何措施，以便直接減少方程式(2)中表達的這種三階失真分量。
基頻信號的二次諧波信號被晶體管輸出及反射的二次諧波信號反饋到晶體管并具有頻率分量，反饋二次諧波信號(反射波信號)中包括的這些頻率分量用B1·cos(2·ω1·t+1)和B2·cos(2·ω2·t+2)表示，在這種情況下，反饋的二次諧波信號與基頻信號混和，產(chǎn)生方程式(3)表示的三階失真分量X2。
X2＝A1·B2·g2·cos(2·ω2·t-ω1·t+2)+(3/4)·A1·B1·B2·g3·cos(2·ω2·t-ω1·t+2-1)+...A2·B1·g2·cos(2·ω1·t-ω2·t+1)+(3/4)·A2·B1·B2·g3·cos(2·ω1·t-2·t+1-(2)+…方程式(3)其中，B1和B2是包括在反射的二次諧波信號中的兩個頻率分量的幅度，1和2表示其角頻率分量的相位。
關(guān)于由二次諧波信號的反射部分引起的三階失真分量，如方程式(3)表示的，如果在幅度B1和B2之間以及在相位1和2之間存在差值，則上邊和下邊三階失真分量的電平(幅度)和相位相互不同。
由晶體管產(chǎn)生的所有的三階失真分量主要包括由如方程式(2)表示的基頻信號引起的三階失真分量與由如方程式(3)表示的二次諧波信號引起的三階失真分量之和。
如在現(xiàn)有技術(shù)中，對于二次諧波信號中的頻率分量的反射系數(shù)的不良控制通常會導(dǎo)致不一致的反射系數(shù)。因此，二次諧波頻率分量的幅度B1和B2以及相位1和2變得相互不同，產(chǎn)生不良的頻率特性以及上邊和下邊三階失真之間的不平衡。然而，根據(jù)本發(fā)明之減少失真的電路能夠調(diào)節(jié)關(guān)于包括在二次諧波信號中的整個頻率分量的反射系數(shù)，以分別具有相同的值，所以可以控制頻率分量的幅度B1和B2以及相位1和2，以具有相同的值，因此可以改善頻率特性。通過例如計算機模擬，可以實現(xiàn)用于調(diào)整(leveling)包括在二次諧波信號中的多個頻率分量的反射系數(shù)的電路。
在現(xiàn)有技術(shù)的失真補償設(shè)備中，實現(xiàn)的頻率匹配僅對于放大器之放大頻段中的頻率，即用于輸入信號的基頻的頻段。然而，根據(jù)本發(fā)明之減少失真的電路不僅在放大器的放大頻段、而且在包括在二次諧波信號中的整個頻率分量中完成頻率匹配。這樣，由方程式(3)表示的二次諧波信號引起的三階失真的電平可以被減少到零。因此，晶體管產(chǎn)生的三階失真分量可以主要包括由基頻信號引起的分量，這樣由于減少了由二次諧波信號引起的三階失真分量，可以將放大器產(chǎn)生的三階失真分量的總量減至最小。
圖10A和10B示出在失真補償之后要求的失真電平和失真補償之前各種失真電平之間的關(guān)系；圖11A和11B示出通過前饋電路和預(yù)失真電路實現(xiàn)失真補償處理的矢量圖；圖12示出作為兩個信號之間差頻Δf＝(f2-f1)的函數(shù)的上邊和下邊三階失真分量的電平特性圖；圖13A和13B示范地描述主信號的強度級及其三階失真分量之間的差值IM以及IM和主信號的頻差之間的關(guān)系；圖14示出一種現(xiàn)有技術(shù)放大電路的示意圖；圖15示出另一種現(xiàn)有技術(shù)放大電路的示意圖；以及圖16示出又一種現(xiàn)有技術(shù)放大電路的示意圖。
優(yōu)選實施例的詳細描述根據(jù)本發(fā)明，能夠調(diào)節(jié)關(guān)于包括在二次諧波信號中的多個頻率分量的反射系數(shù)的一個電路安裝在放大器的輸出端。下面描述根據(jù)本發(fā)明之該電路的優(yōu)選實施例。
通過將下面描述的放大單元與圖6示出的前饋型放大設(shè)備中安裝的主放大器5、圖7示出的預(yù)失真型放大設(shè)備中安裝的主放大器12或圖8示出的主放大器28結(jié)合起來，可以實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的減少失真的電路。
首先，將描述根據(jù)本發(fā)明第一個優(yōu)選實施例的放大單元。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一個優(yōu)選實施例的放大單元的方框圖，它包括用作主放大器的晶體管T1。圖1示出的晶體管T1只是主放大器的符號表示。因此，它不能認為是單個晶體管。它可以例如是圖6到圖8所示的主放大器5、12和28中的一個。它也可以是圖2-5B示出的其他晶體管。在晶體管T1中，基頻匹配電路M1和二次諧波信號匹配電路N1以并聯(lián)方式連接到它的柵極，因此形成該放大單元的一個輸入端。晶體管T1的源極接地。基頻匹配電路M2和二次諧波信號匹配電路N2以并聯(lián)方式連接到晶體管T1的漏極作為放大單元的輸出端。
輸入和輸出端的基頻匹配電路M1和M2可以通過例如帶通濾波器實現(xiàn)，并且對于基頻信號中包括的所有頻率進行匹配，該基頻信號被輸入到用于其放大的晶體管T1。
類似地，輸入和輸出端的二次諧波信號匹配電路N1和N2也可以通過例如帶通濾波器構(gòu)成，并且用于對基頻信號的二次諧波信號中包括的所有頻率進行匹配。
在這種放大單元中，包括多個頻率分量的基頻信號經(jīng)過基頻匹配電路M1和二次諧波信號匹配電路N1被輸入到晶體管T1的柵極；經(jīng)晶體管T1的基頻信號之放大結(jié)果(放大信號)經(jīng)過基頻匹配電路M2和二次諧波信號匹配電路N2輸出。輸入到晶體管T1的基頻信號通過基頻匹配電路M1和M2來匹配，晶體管T1產(chǎn)生的二次諧波信號通過二次諧波信號匹配電路N1和N2來匹配。
在圖1示出的本發(fā)明優(yōu)選實施例中，在晶體管T1的輸入端還設(shè)置有基頻匹配電路M1和二次諧波信號匹配電路N1。對于輸入和輸出信號可以完成匹配，從而穩(wěn)定了放大單元的工作。
如上所述，安裝在根據(jù)本發(fā)明第一個優(yōu)選實施例的減少失真電路中的放大單元也完成相對于二次諧波信號的負載阻抗之匹配。因此，由于二次諧波信號的存在，由晶體管T1產(chǎn)生的上邊和下邊三階失真分量可以消除或減少，而不用考慮基頻信號中包括的頻率。
根據(jù)本發(fā)明第一個優(yōu)選實施例的失真補償設(shè)備包括用作放大器(主放大器)的晶體管T1，它的輸出是三階失真補償?shù)膶ο?。二次諧波信號匹配電路N2調(diào)節(jié)關(guān)于二次諧波信號中包括的多個頻率分量的反射系數(shù)以具有一個近似于零的恒定值。這種二次諧波信號匹配電路用作這個實施例中的二次諧波反射系數(shù)調(diào)節(jié)電路。為了簡單起見，僅通過圖1示出的實施例中的一個晶體管T1表示放大器。然而，也可以使用包括多個晶體管的放大器來代替晶體管T1。
參照圖2，這里示出根據(jù)本發(fā)明第二個優(yōu)選實施例的放大單元的電路圖，它包括用作主放大器的晶體管T2。晶體管T2的柵極用作放大單元的輸入端，晶體管T2的源極接地。基頻匹配電路M3的輸入端和傳輸線路(扼流圈)Z1的一端并行連接到晶體管T2的漏極?；l匹配電路M3的輸出端用作放大單元的輸出端。電源和電容(旁路電容)C1的一端并行連接到傳輸線路Z1的另一端，電容C1的另一端接地。
基頻匹配電路M3可以通過例如帶通濾波器實現(xiàn)，并且可以對于輸入到晶體管T2的基頻信號中包括的所有頻率進行匹配。
傳輸線路Z1和電容C1構(gòu)成二次諧波信號短路電路，其中，傳輸線路Z1的一端經(jīng)過電容C1被短路到地。傳輸線路包括多個傳輸元件，每個具有基頻信號中包括的多個頻率分量之一的波長λ0的1/4長度(即λ0/4)，它又對應(yīng)于二次諧波信號中包括的多個頻率分量之一的波長的1/2。因此，當(dāng)從晶體管T2的漏極觀查時，傳輸線路Z1用作基頻信號的開路電路及二次諧波信號的短路電路。
該實施例的減少失真電路中設(shè)置的放大單元調(diào)節(jié)耦和到晶體管T2輸出端的負載阻抗，使得二次諧波信號中包括的頻率分量的反射系數(shù)變得等于-1，而與二次諧波信號中包括的頻率無關(guān)。因此，由于二次諧波信號，可以使得晶體管T2產(chǎn)生的上邊和下邊三階失真分量具有相同的電平，而與基頻中的不同頻率無關(guān)。
同樣，因為短路電路(二次諧波信號短路電路)直接耦和到晶體管T2的漏極，漏極和短路電路之間的傳輸線路的長度可以近似為零。因此，對于任何單個的頻率分量的相移量實際上減少到零，因此，關(guān)于二次諧波信號之分量的反射系數(shù)可以被調(diào)節(jié)以具有基本上相同的值并與頻率無關(guān)。
短路二次諧波信號的這種配置可以被容易地實現(xiàn)，并且有利于控制二次諧波信號的反射系數(shù)。因為在這種配置中二次諧波信號被全反射，反射波的幅度變得更高。然而，反射波中包括的頻率分量的幅度和相位被分別保持以具有與頻率無關(guān)的相同值。因此，當(dāng)在采用預(yù)失真電路的失真補償設(shè)備中采用這種配置時，能夠在寬帶上以高精確度實現(xiàn)高效的失真補償。
本發(fā)明的失真補償設(shè)備包括用作放大器(主放大器)的晶體管T2，它的輸出是三階失真補償?shù)膶ο?。包括傳輸線路Z1和電容C1的電路對應(yīng)于二次諧波信號短路電路，它調(diào)節(jié)二次諧波信號中包括的多個頻率分量的反射系數(shù)到一個近似-1的值。二次諧波信號短路電路在這個實施例中用作二次諧波反射系數(shù)調(diào)節(jié)電路。為了便于解釋，在這個實施例中僅僅用一個晶體管T2表示放大器。然而，也可以使用包括多個晶體管的放大器來代替晶體管T2。
如圖3所示，可以配置一個放大單元，它對于二次諧波信號開路，從而對于二次諧波信號中包括的所有頻率分量，調(diào)節(jié)反射系數(shù)到+1的恒定值。在圖3示出的放大單元中，配置主放大器的晶體管T3的柵極是放大單元的輸入端，晶體管T3的源極接地。包括電感L1和電容C2的二次諧波信號諧振電路連接到晶體管T3的漏極，它形成放大單元的輸出端。因為在這種配置中的阻抗很高，應(yīng)該考慮的是，這種配置可能容易受到如圖中虛線表示的寄生電容Cf的影響。
下面描述根據(jù)本發(fā)明第三個實施例的放大單元。
圖4A是用作根據(jù)本發(fā)明第三個優(yōu)選實施例之放大單元的內(nèi)部匹配型晶體管的電路圖，它具有晶體管外殼K1。晶體管外殼K1的輸入端在內(nèi)部并行連接到電感器L2和電容器C3。同樣，電感器L2連接到晶體管芯片Tc的柵極，電容器C3接地。
晶體管芯片Tc的源極接地，晶體管芯片Tc的漏極經(jīng)過電感L3，并行連接到晶體管外殼K1的輸出端和電容C4。電容C4也接地。在這種內(nèi)部匹配型晶體管中，因為晶體管芯片Tc的阻抗隨著輸出功率的增加而降低，包括電感L2和L3的匹配電路被安裝在晶體管外殼K1的內(nèi)部以增加阻抗。
圖4B是本發(fā)明的放大單元的電路圖，其中二次諧波信號反射器安裝在圖4A示出的內(nèi)部匹配型晶體管的晶體管外殼K1中。二次諧波信號反射器包括傳輸線路Z2，它的長度是基頻信號之波長λ0的1/4，還包括串聯(lián)的隔直流電容器C5。二次諧波信號反射器的一端連接到晶體管芯片Tc和電感L3之間的節(jié)點，而它的另一端接地。這種配置可以實現(xiàn)對基頻信號的高阻抗(開路)和對二次諧波信號的短路。例如，該配置對于二次諧波信號的所有頻率分量，調(diào)節(jié)反射系數(shù)以具有與頻率無關(guān)的-1的恒定值。
根據(jù)該實施例的減少失真電路中設(shè)置的放大單元調(diào)節(jié)耦和到晶體管芯片Tc輸出端的負載阻抗，使得對于二次諧波信號中包括的所有頻率分量的反射系數(shù)變得等于-1，而與二次諧波信號中包括的頻率無關(guān)。因此，由于二次諧波信號的作用，由晶體管芯片Tc產(chǎn)生的所有上邊和下邊三階失真分量可以被調(diào)節(jié)到與基頻信號之差頻無關(guān)的相同電平。
接合線(bonding wire)通常可以用作電感L3，這種接合線可能引起二次諧波信號中的相移。因此，最好在該內(nèi)部匹配型晶體管中的晶體管芯片Tc的后面安裝具有傳輸線路Z2和隔離電容器C5的二次諧波信號反射器。通過具有串行連接的電感和電容的諧振電路可以實現(xiàn)二次諧波信號反射器。
在這個實施例的減少失真的電路中，使用內(nèi)部匹配型晶體管(晶體管芯片Tc)實現(xiàn)放大器(主放大器)，該放大器的輸出得到三階失真補償。包括傳輸線路Z2和電容C5的電路(二次諧波信號反射器)對應(yīng)于二次諧波信號短路電路，該電路對于二次諧波信號中包括的多個頻率分量，調(diào)節(jié)反射系數(shù)以具有-1的恒定值。該二次諧波信號短路電路用作二次諧波反射系數(shù)調(diào)節(jié)電路。另外，這個實施例的減少失真電路在晶體管外殼K1中配備有晶體管芯片Tc和二次諧波信號短路電路。為了便于解釋，在圖中僅描述一個晶體管芯片Tc。然而，也可以使用多個并行連接的晶體管芯片來代替，以增加輸出。
應(yīng)該理解，由不同于上述優(yōu)選實施例的配置也可以實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的減少失真的電路。
另外，應(yīng)該注意本發(fā)明除了在上述優(yōu)選實施例中的應(yīng)用以外，可以在其他的應(yīng)用領(lǐng)域中使用。
另外，還應(yīng)該注意，對于二次諧波信號中包括的所有頻率分量，可以使本發(fā)明的二次諧波信號匹配電路提供的反射系數(shù)具有近似或等于零的相同值。
同樣，對于二次諧波信號中包括的所有多個頻率分量，本發(fā)明的二次諧波信號短路電路產(chǎn)生的反射系數(shù)可以具有等于或接近-1的值。
作為一個例子，可以在移動通信系統(tǒng)的基站發(fā)射機中配備根據(jù)本發(fā)明的減少失真的電路，以便補償由該發(fā)射機的放大器產(chǎn)生的上邊和下邊三階失真，該放大器放大例如由該發(fā)射機無線發(fā)射到移動臺的W-CDMA多載波信號(基頻信號)。另外，根據(jù)本發(fā)明之減少失真的電路也可以被用于這種移動通信系統(tǒng)的中繼站設(shè)備(或中繼放大設(shè)備)中。
盡管根據(jù)優(yōu)選實施例示出和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，可以進行各種改變和修改而不會背離如權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的宗旨和范圍。
權(quán)利要求
1.一種減少失真的電路，包括補償裝置，用于補償由一放大器產(chǎn)生的上邊三階失真和下邊三階失真，該放大器放大包括多個頻率分量的基頻信號；以及二次諧波反射系數(shù)調(diào)節(jié)電路，安裝在該放大器的輸出端，用于調(diào)節(jié)關(guān)于二次諧波信號中包括的多個頻率分量的反射系數(shù)，以具有一恒定值。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，該二次諧波反射系數(shù)調(diào)節(jié)電路的實現(xiàn)是通過一個二次諧波信號匹配電路，該匹配電路調(diào)節(jié)關(guān)于該二次諧波信號中包括的多個頻率分量的反射系數(shù)到零值或接近零的值。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，該二次諧波反射系數(shù)調(diào)節(jié)電路的實現(xiàn)是通過一個二次諧波信號短路電路，該短路電路調(diào)節(jié)關(guān)于該二次諧波信號中包括的多個頻率分量的反射系數(shù)到-1或接近-1的值。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，該放大器由具有一外殼和一晶體管芯片的內(nèi)部匹配型晶體管組成，該二次諧波信號短路電路安裝在該外殼內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1到4中任一項所述的設(shè)備，其中，通過采用預(yù)失真電路或前饋電路來補償該放大器產(chǎn)生的上邊三階失真和下邊三階失真。
全文摘要
一種減少失真的電路，該電路補償由放大器產(chǎn)生的上邊三階失真和下邊三階失真，該放大器放大包括多個頻率分量的基頻信號。該減少失真的電路包括安裝在該放大器之輸出端的二次諧波反射系數(shù)調(diào)節(jié)電路，用于調(diào)節(jié)關(guān)于二次諧波信號中包括的多個頻率分量的反射系數(shù)以具有一恒定值。
文檔編號H03F1/32GK1391371SQ0212188
公開日2003年1月15日 申請日期2002年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月11日
發(fā)明者大久保陽一, 舟田貴吉, 須藤雅樹, 洞口正人, 高田壽雄, 本江直樹 申請人:株式會社日立國際電氣