專利名稱：增強(qiáng)型模擬預(yù)失真線性化功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種線性化功率放大器，特別是指一種在WCDMA移動(dòng)通信基站及直放站系統(tǒng)中的線性化功率放大器。背景技術(shù)：
現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和頻譜效率，廣泛地釆用了線性調(diào)制技術(shù)，提高了射頻功率放大器的性能要求。功率放大器需在寬頻帶內(nèi)，具有高輸出功率、效率和線性度。應(yīng)用在WCDMA移動(dòng)通信基站及直放站系統(tǒng)中的功率》丈大器，應(yīng)具有4艮高的線性度，才能夠最小化對(duì)相鄰信道的干擾。實(shí)現(xiàn)高線性度功率放大器的方法很多，主要有功率回退法、反饋法、前饋法、和預(yù)失真法等。功率回退法是一種最簡(jiǎn)單、最可靠的線性化措施，但存在功率利用率低、效率低等缺點(diǎn)且線性度改善有限，在高線性度要求的應(yīng)用領(lǐng)域，其常與其他線性化技術(shù)組合使用。反饋法帶寬有限，穩(wěn)定性差。前饋法具有線性度改善顯著和寬帶等優(yōu)點(diǎn)，但由于要求額外的誤差放大器和復(fù)雜的控制電路，導(dǎo)致成本較高且功放效率較低。預(yù)失真法包括射頻預(yù)失真和數(shù)字基帶預(yù)失真等各種技術(shù)類型。數(shù)字基帶預(yù)失真法改善功放線性度效果顯著，但不易應(yīng)用于功放輸入輸出信號(hào)均為射頻信號(hào)的直放站系統(tǒng)中。射頻預(yù)失真法具有電路簡(jiǎn)單、成本低、效率高、寬帶等優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)代無線移動(dòng)通信基站和直放站系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。
出的三階交調(diào)信號(hào)，經(jīng)功率放大器放大后，其幅度與功率放大器自身的三階交調(diào)分量相等，而兩者的相位彼此相反，完全抵消掉功率放大器自身的三階交調(diào)分量。功率放大器的特性常受到環(huán)境溫度的變化、供給電壓的波動(dòng)、信道的切換、器件的老化等一系列因素的影響，致使功率放大器自身產(chǎn)生的三階交調(diào)分量的幅度和相位會(huì)隨之變化。為了保證在各種工作條件下均能夠獲得最佳的線性化效果，實(shí)用的功率放大器應(yīng)采用自適應(yīng)策略跟蹤上述因素所引起的功放非線性特性變化，實(shí)時(shí)優(yōu)化射頻預(yù)失真信號(hào)發(fā)生器輸出的三階交調(diào)信號(hào)的幅度和相位，使其能最大化對(duì)消掉功放自身的三階交調(diào)分量，維持功放輸出高線性度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種可以很好的改善ACPR (鄰信道功率比)，并具有自適應(yīng)功能、同時(shí)還能夠提高功放的整體效率的增強(qiáng)型模擬預(yù)失真線性化功率放大器。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的 一種增強(qiáng)型模擬預(yù)失真線性化功率放大器，包括信號(hào)分路單元、第一主功放、預(yù)失真產(chǎn)生單元、延時(shí)濾波器、誤差功放、控制單元，以及接收機(jī)，其中信號(hào)分路單元的輸入端作為射頻輸入的端口 ，第一主功放的輸入端以及預(yù)失真產(chǎn)生單元的第一輸入端分別連接到信號(hào)分路單元的輸出端，第一主功放的第一輸出端連接到延時(shí)濾波器的輸入端，第一主功放的第二輸出端連接到預(yù)失真產(chǎn)生單元的第二輸入端，預(yù)失真產(chǎn)生單元的輸出端連接到誤差功放的輸入端，接收機(jī)連接到射頻輸出的端口，控制單元實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)分路單元、第一主功放、預(yù)失真產(chǎn)生單元、誤差功放、以及接收機(jī)的控制，該增強(qiáng)型模擬預(yù)失真線性化功率放大器還包括3dB電橋，延時(shí)濾波器的輸出端與誤差功放的輸出端同時(shí)連接到3dB電橋的輸入端，3dB電橋的輸出端作為射頻輸出的端口 ，控制單元同時(shí)控制3dB電橋；
所述增強(qiáng)型模擬預(yù)失真線性化功率放大器包括三個(gè)環(huán)路，第一個(gè)環(huán)路為載波對(duì)消環(huán)，包括信號(hào)分路單元、第一主功放，以及預(yù)失真產(chǎn)生單元，在該環(huán)路里，將交調(diào)失真信號(hào)提取出來；第二個(gè)環(huán)路為功率合成環(huán)，包括第一主功放、延時(shí)濾波器、誤差功放，以及3dB電橋，在該環(huán)^各里，第一主功放與誤差功放的失真信號(hào)抵消，載波信號(hào)合成；第三個(gè)環(huán)路為交調(diào)對(duì)消環(huán)，包括預(yù)失真產(chǎn)生單元以及誤差功放，在該環(huán)路里，第一主功放的交調(diào)信號(hào)與誤差功放交調(diào)對(duì)消。
該發(fā)明進(jìn)一步具體為所述信號(hào)分路單元與所述第一主功放之間還包括依次串聯(lián)的一第一電調(diào)衰減器以及一第一移相器，所述第一主功放與所述預(yù)失真產(chǎn)生單元之間還包括一耦合器。
該控制單元包括一第二耦合器以及一功率檢測(cè)器，該第二耦合器的 一端接到預(yù)失真產(chǎn)生單元的輸出端，另一端接到所述功率檢測(cè)器，所述第二耦合
單元通過采集電壓值的變化知道功率的變化情況，再通過最小功率算法去調(diào)整所述第一電調(diào)衰減器以及所述第一移相器。
所述預(yù)失真產(chǎn)生單元以及所述誤差功放之間還包括依次串聯(lián)的 一第二電調(diào)衰減器以及一第二移相器。
該控制單元還包括一第三耦合器，該第三耦合器的一端接到3dB電橋的輸出端，另一端接到功率檢測(cè)器，所述第三耦合器耦合一部分信號(hào)，然后進(jìn)入功率檢測(cè)器把功率變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，控制單元通過采集電壓值的變化知道功率的變化情況，再通過最小功率算法去調(diào)整所述第二電調(diào)衰減器跟所述第二移相器。
所述預(yù)失真產(chǎn)生單元包括第一功分器、第一合路器、第三電調(diào)衰減器、第三移相器、第二主功放、第四電調(diào)衰減器以及第二合路器，所述第一功分器的輸入端接信號(hào)分路單元，兩輸出端分別接第一合路器的一輸入端以及第四電調(diào)衰減器，第一合路器的輸出端后面依次串行連接有第三電調(diào)衰減器、第三移相器、第二主功放，第一主功放的輸出端口連接到該第一合路器的另一輸入端，第一合路器的輸出端接到控制單元，第二主功放的輸出端以及第四電調(diào)衰減器的另 一端分別接到第二合路器的輸入端，第二合路器的輸出端接到誤差功放。
本發(fā)明增強(qiáng)型模擬預(yù)失真線性化功率放大器的優(yōu)點(diǎn)在于除了可以很好的改善ACPR,還具有自適應(yīng)功能、同時(shí)還大大提高了功放的整體效率，完全滿足工程應(yīng)用的要求。另一方面，該功放跟移動(dòng)通信基站及直放站系統(tǒng)中的檢測(cè)設(shè)備結(jié)合在一起，可以檢測(cè)輸入功率告警、駐波告警、增益告警。
下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
圖1是本發(fā)明增強(qiáng)型模擬預(yù)失真線性化功率放大器的整體結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是圖1中載波對(duì)消環(huán)的電路原理圖。圖3是圖1中功率合成環(huán)的電路原理圖。圖4是圖1中交調(diào)對(duì)消環(huán)的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1,本發(fā)明增強(qiáng)型模擬預(yù)失真線性化功率放大器綜合運(yùn)用了現(xiàn)有的前饋和預(yù)失真技術(shù)。本發(fā)明增強(qiáng)型模擬預(yù)失真線性化功率放大器包括信號(hào)分路單元l、第一主功放2、預(yù)失真產(chǎn)生單元3、延時(shí)濾波器4、誤差功放5、 3dB電橋6、控制單元7，以及接收機(jī)8。其中信號(hào)分路單元1的輸入端作為射頻輸入的端口 ，第一主功放2的輸入端以及預(yù)失真產(chǎn)生單元3的第一輸入端分別連接到信號(hào)分路單元1的輸出端，第一主功放2的第一輸出端連接到延時(shí)濾波器4的輸入端，第一主功放2的第二輸出端連接到預(yù)失真產(chǎn)生單元3的第二輸入端，預(yù)失真產(chǎn)生單元3的輸出端連接到誤差功放5的輸入端，延時(shí)濾波器4的輸出端與誤差功放5的輸出端同時(shí)連接到3dB電橋6的輸入端，3dB電橋6的輸出端作為射頻輸出的端口?？刂茊卧?實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)分路單元l、第一主功放2、預(yù)失真產(chǎn)生單元3、誤差功放5,以及WB電橋6的控制。接收機(jī)8連接在3dB電橋6的輸出端，實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的接收，接收機(jī)8同時(shí)與控制單元7相連，從而實(shí)時(shí)監(jiān)控射頻信號(hào)的輸出。
從結(jié)構(gòu)上來看可以用三個(gè)環(huán)路來描述該增強(qiáng)型模擬預(yù)失真線性化功率放大器。第一個(gè)環(huán)路即為傳統(tǒng)的載波對(duì)消環(huán)，包括信號(hào)分路單元1、第一主功放2,以及預(yù)失真產(chǎn)生單元3，將交調(diào)失真信號(hào)提取出來；第二個(gè)環(huán)路為功率合成環(huán)，包括第一主功放2、延時(shí)濾波器4、誤差功》文5，以及3dB電橋6;第三個(gè)環(huán)路即為交調(diào)對(duì)消環(huán)，包括預(yù)失真產(chǎn)生單元3、誤差功放5。載波信號(hào)分成兩路經(jīng)過第一環(huán)路后把載波信號(hào)抵消掉，這樣就可以把失真信號(hào)提取出來進(jìn)入誤差功放5。在第二、第三環(huán)路中，第一主功放2的交調(diào)信號(hào)與誤差功放5交調(diào)對(duì)消，從而提高了線性化功率放大器的整體線性度。但是其誤差路(也就是誤差功放5所在的線路)并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的交調(diào)提取與放大電路，而是一個(gè)過預(yù)失真電路，信號(hào)經(jīng)過過預(yù)失真電路放大后，交調(diào)信號(hào)與主路(這
里指的是第一主功放2所在的線路)交調(diào)信號(hào)矢量相反，載波信號(hào)與主路信號(hào)矢量相同，所以經(jīng)過3dB電橋6合路后，產(chǎn)生的效果是失真信號(hào)抵消，載波信號(hào)合成，從而不但達(dá)到線性化的要求，還大大提高了功放的整體效率。下面具體講解各部分的工作原理。
(1)前面提到的三個(gè)環(huán)路中第一環(huán)就是載波對(duì)消環(huán)，載波對(duì)消環(huán)的閉環(huán)控制通常釆用最小功率算法和正交調(diào)節(jié)環(huán)的方案，這種方案的優(yōu)點(diǎn)是控制速度快。請(qǐng)同時(shí)參閱圖1及圖2所示，圖2是載波對(duì)消環(huán)的電路原理圖，載波從RFin進(jìn)，經(jīng)過信號(hào)分路單元l后分成兩路， 一路是RF1， RF1依次通過一第一電調(diào)衰減器21以及一第一移相器22后進(jìn)入第一主功放2，然后通過一第一耦合器23耦合出載波RF3出來，另一路為RF2， RF2跟RF3這兩路在預(yù)失真產(chǎn)生單元3合路后實(shí)現(xiàn)抵消載波信號(hào)，輸出RF6。該控制單元7包括一第二耦合器37以及一功率檢測(cè)器74，該第二耦合器37的一端接到預(yù)失真產(chǎn)生單元3，另一端接到功率檢測(cè)器74,第二耦合器37耦合一部分信號(hào)，然后進(jìn)入功率檢測(cè)器74把功率變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，控制單元7可以通過采集電壓值的變化知道功率的變化情況，再通過最小功率算法去調(diào)整第一電調(diào)衰減器21以及一第一移相器22。
載波信號(hào)抵消，是在頻帶內(nèi)的向量對(duì)消，信號(hào)必須滿足相等的幅度和180度的相位差異。實(shí)際上，特別是在寬帶范圍內(nèi)，很難做到兩個(gè)信號(hào)幅度完全相同，相位完全相反，因此信號(hào)的抑制只能到一定的程度?，F(xiàn)在考慮兩個(gè)抵消信號(hào)
jc = A (1 )
式中，w為待抵消信號(hào)的頻率，0為信號(hào)的初始相位，a、 A分別為x. y這兩個(gè)信號(hào)抵消的幅度誤差和相位誤差。
玩?zhèn)€4*每的備^#&*為-P =如j〖:(考)2如脊(l+a2—& ( 3 )
從上式可以得出，信號(hào)抵消條件是比較嚴(yán)格的，如信號(hào)抵消要達(dá)到30dB,相位誤差必須在2度以內(nèi)，幅度誤差要求小于0.2dB。而寬帶條件下，不同頻點(diǎn)幅度波動(dòng)較大，相位也有較大差異。在寬帶內(nèi)，我們可以通過增益補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)
即電調(diào)衰減器21實(shí)現(xiàn)減小幅度誤差的目的，通過調(diào)節(jié)移相器22減小相位誤差。(2)第2個(gè)環(huán)路就是功率合成環(huán)，就是兩路功放(這里指的是主功放鏈路以及誤差攻放鏈路)的合路，要達(dá)到最大功率輸出，保證最大效率，請(qǐng)同時(shí)參閱圖l及圖3所示，圖3是功率合成環(huán)的電路原理圖。
圖3中上面那路是主功放鏈路，主要包括第一主功放2以及延時(shí)濾波器4，下面那路的是誤差功放鏈路，主要包括第二電調(diào)衰減器51,第二移相器52和誤差功放5,RF1依次通過第一主功放2以及延時(shí)濾波器4后輸出載波RF8，上述RF6依次通過第二電調(diào)衰減器51，第二移相器52，以及誤差功放5后輸出載波RF7，載波RF8與RF7通過3dB電橋6合路，最后載波輸出RFOUT，該控制單元7還包括第三耦合器72,此時(shí)第三耦合器72的一端接到3dB電橋6，另一端接到功率檢測(cè)器74,用來檢測(cè)功率輸出，要保證最大功率輸出就要保證功率檢測(cè)器74檢測(cè)出來的功率是最小的，也就是PWR一OUT的電壓最小，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)PWR—OUT的電壓，并按一定的算法去調(diào)節(jié)第二電調(diào)衰減器51跟第二移相器52,達(dá)到最大功率輸出。
(3)第三個(gè)環(huán)路即為交調(diào)對(duì)消環(huán)，在這個(gè)環(huán)路，第一主功放2的交調(diào)信號(hào)與誤差功放5交調(diào)對(duì)消，從而提高了預(yù)失真線性功率放大器的整體線性度。該交調(diào)對(duì)消環(huán)包括預(yù)失真產(chǎn)生單元3，預(yù)失真產(chǎn)生單元3具有交調(diào)檢測(cè)跟線性調(diào)節(jié)的功能。請(qǐng)同時(shí)參閱圖4所示，該預(yù)失真產(chǎn)生單元3包括第一功分器31、第一合路器32、第三電調(diào)衰減器33、第三移相器34、第二主功放35、第四電調(diào)衰減器36以及第二合路器37。第一功分器31的輸入端接信號(hào)分路單元1 ，兩輸出端分別接第 一合路器32的 一輸入端以及第四電調(diào)衰減器36,第一合路器32的輸出端后面依次串行連接有第三電調(diào)衰減器33、第三移相器34、第二主功放35，第一主功放2通過第一耦合器23的輸出端口后連接到該第一合路器32的另一輸入端，第一合路器32的輸出端從第二耦合器37的耦合端口接到控制單元7，第二主功放35的輸出端以及第四電調(diào)衰減器36的另一端分別接到第二合路器37的輸入端，第二合路器37的輸出端接到誤差功放5。交調(diào)檢測(cè)就是檢測(cè)失真信號(hào)大小，通過復(fù)雜的算法去調(diào)節(jié)預(yù)失真單元3中
的第三電調(diào)衰減器32、第四電調(diào)衰減器35以及第三移相器33,保證該預(yù)失真線性功率放大器的線性處于最好狀態(tài)，達(dá)到自適應(yīng)。在整個(gè)寬帶內(nèi)ACPR可以好15-20個(gè)dBc。
雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，我們所描述的具體的實(shí)施例只是說明性的，而不是用于對(duì)本發(fā)明的范圍的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本發(fā)明的精神所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種增強(qiáng)型模擬預(yù)失真線性化功率放大器，包括信號(hào)分路單元、第一主功放、預(yù)失真產(chǎn)生單元、延時(shí)濾波器、誤差功放、控制單元，以及接收機(jī)，其中信號(hào)分路單元的輸入端作為射頻輸入的端口，第一主功放的輸入端以及預(yù)失真產(chǎn)生單元的第一輸入端分別連接到信號(hào)分路單元的輸出端，第一主功放的第一輸出端連接到延時(shí)濾波器的輸入端，第一主功放的第二輸出端連接到預(yù)失真產(chǎn)生單元的第二輸入端，預(yù)失真產(chǎn)生單元的輸出端連接到誤差功放的輸入端，接收機(jī)連接到射頻輸出的端口，控制單元實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)分路單元、第一主功放、預(yù)失真產(chǎn)生單元、誤差功放、以及接收機(jī)的控制，其特征在于還包括3dB電橋，延時(shí)濾波器的輸出端與誤差功放的輸出端同時(shí)連接到3dB電橋的輸入端，3dB電橋的輸出端作為射頻輸出的端口，控制單元同時(shí)控制3dB電橋；所述增強(qiáng)型模擬預(yù)失真線性化功率放大器包括三個(gè)環(huán)路，第一個(gè)環(huán)路為載波對(duì)消環(huán)，包括信號(hào)分路單元、第一主功放，以及預(yù)失真產(chǎn)生單元，在該環(huán)路里，將交調(diào)失真信號(hào)提取出來；第二個(gè)環(huán)路為功率合成環(huán)，包括第一主功放、延時(shí)濾波器、誤差功放，以及3dB電橋，在該環(huán)路里，第一主功放與誤差功放的失真信號(hào)抵消，載波信號(hào)合成；第三個(gè)環(huán)路為交調(diào)對(duì)消環(huán)，包括預(yù)失真產(chǎn)生單元以及誤差功放，在該環(huán)路里，第一主功放的交調(diào)信號(hào)與誤差功放交調(diào)對(duì)消。
2. 如權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)型模擬預(yù)失真線性化功率放大器，其特征在于所述信號(hào)分路單元與所述第一主功放之間還包括依次串聯(lián)的一第一電調(diào)衰減器以及一第一移相器，所述第一主功放與所述預(yù)失真產(chǎn)生單元之間還包括一第一耦合器。
3. 如權(quán)利要求2所述的增強(qiáng)型模擬預(yù)失真線性化功率放大器，其特征在于該控制單元包括一第二耦合器以及一功率檢測(cè)器，該第二耦合器的一端接到預(yù)失真產(chǎn)生單元的輸出端，另一端接到所述功率檢測(cè)器，所述第二耦合單元通過采集電壓值的變化知道功率的變化情況，再通過最小功率算法去調(diào)整所述第一電調(diào)衰減器以及所述第一移相器。
4. 如權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)型模擬預(yù)失真線性化功率放大器，其特征在于所述預(yù)失真產(chǎn)生單元以及所述誤差功放之間還包括依次串聯(lián)的一第二電調(diào)衰減器以及一第二移相器。
5. 如權(quán)利要求4所述的增強(qiáng)型模擬預(yù)失真線性化功率放大器，其特征在于該控制單元包括一第三耦合器以及一功率檢測(cè)器，該第三耦合器的一端接到3dB電橋的輸出端，另一端接到功率檢測(cè)器，所述第三耦合器耦合一部集電壓值的變化知道功率的變化情況，再通過最小功率算法去調(diào)整所述第二電調(diào)衰減器跟所述第二移相器。
6. 如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的增強(qiáng)型模擬預(yù)失真線性化功率放大器，其特征在于所述預(yù)失真產(chǎn)生單元包括第一功分器、第一合路器、第三電調(diào)衰減器、第三移相器、第二主功放、第四電調(diào)衰減器以及第二合路器，所述第 一功分器的輸入端接信號(hào)分路單元，兩輸出端分別接第 一合路器的一輸入端以及第四電調(diào)衰減器，第一合路器的輸出端后面依次串行連接有第三電調(diào)衰減器、第三移相器、第二主功放，第一主功放的輸出端口連接到該第一合路器的另一輸入端，第一合路器的輸出端接到控制單元，第二主功放的輸出端以及第四電調(diào)衰減器的另 一端分別接到第二合路器的輸入端，第二合路器的輸出端接到誤差功i文。
全文摘要
一種增強(qiáng)型模擬預(yù)失真線性化功率放大器，包括信號(hào)分路單元、第一主功放、預(yù)失真產(chǎn)生單元、延時(shí)濾波器、誤差功放、3dB電橋、控制單元，及接收機(jī)，信號(hào)分路單元的輸入端為射頻輸入端口，第一主功放的輸入端及預(yù)失真產(chǎn)生單元的第一輸入端分別連到信號(hào)分路單元的輸出端，第一主功放的第一輸出端連到延時(shí)濾波器的輸入端，第二輸出端連到預(yù)失真產(chǎn)生單元的第二輸入端，預(yù)失真產(chǎn)生單元的輸出端連到誤差功放的輸入端，控制單元對(duì)各設(shè)備進(jìn)行控制，延時(shí)濾波器與誤差功放的輸出端均連到3dB電橋的輸入端，3dB電橋的輸出端為射頻輸出端口。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于除了可以很好的改善ACPR，還具有自適應(yīng)功能、同時(shí)還大大提高了功放的整體效率，完全滿足工程應(yīng)用的要求。
文檔編號(hào)H03F1/32GK101567667SQ200910111630
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者吳雄賓, 凱 林 申請(qǐng)人:福建三元達(dá)通訊股份有限公司