專利名稱：具有掃描頻率導(dǎo)頻音的前饋放大器網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及功率放大器，特別涉及使用前饋技術(shù)，來減少功率放大器工作期間產(chǎn)生的失真的功率放大器網(wǎng)絡(luò)。
射頻功率放大器廣泛用于各種通訊和其它電子行業(yè)。這些放大器都是由一級(jí)或多級(jí)級(jí)聯(lián)放大器組成，每一級(jí)都以所謂該級(jí)增益的幅度來提高輸入信號(hào)的電平。理想情況下，每級(jí)輸入到輸出的傳輸是線性的，即放大器的輸出，除了在振幅上有所增加外，是輸入的完全復(fù)制品。然而實(shí)際上，所有功率放大器在傳輸特性曲線上都存在一定程度的非線性。這種非線性將引起輸出信號(hào)失真，從而使其不再是輸入信號(hào)的完全復(fù)制品。這種失真產(chǎn)生一些稱之為互調(diào)分量的寄生信號(hào)成份，它們對(duì)使用了該放大器的系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，串音和其它有害影響，所以是不受歡迎的。因此，在先有技術(shù)中考慮了許多方法和裝置來減少功率放大器工作期間產(chǎn)生的失真。普遍推薦使用的方法有兩種預(yù)失真和前饋。
預(yù)失真法采用一個(gè)輔助失真源產(chǎn)生一個(gè)與功率放大器所產(chǎn)生的失真信號(hào)相類似的輔助失真信號(hào)。此輔助失真信號(hào)將按正確的增益和相位加到放大器的輸入端，以幫助消除放大器輸出端的失真信號(hào)。因?yàn)槭褂眠@種方法要求對(duì)兩個(gè)不同的信號(hào)源的失真特性進(jìn)行匹配，所以限制了其可以獲得的校正量。
前饋法則沒有這種局限性，因?yàn)樗菍⒐β史糯笃鳟a(chǎn)生的失真號(hào)分離出來，再以調(diào)整后的增益、相位及延遲將其加到放大器的輸出端，以獲得對(duì)失真的最大消除?，F(xiàn)有的使用前饋法減小失真的程度主要受增益和相位調(diào)整的精確性的限制。
參照

圖1A，它以方框圖形式給出了一個(gè)先有技術(shù)中的前饋系統(tǒng)。分離器電路12將引線11上的輸入信號(hào)分成兩部分一部分送到功率放大器14，另一部分通過路徑15送到消除電路18。功率放大器14的輸出包括因?qū)ζ漭斎胄盘?hào)放大而引起的失真成份。來自放大器14的輸出信號(hào)的一部分從導(dǎo)向耦合器16取出，并送到消除電路18。引線15上輸入信號(hào)的增益、相位和延遲由各固定增定、相位和延遲調(diào)節(jié)器調(diào)整，以便在與來自導(dǎo)向耦合器16的信號(hào)組合時(shí)，輸入信號(hào)部分被消除，而在引線19上獲得失真分量。此失真分量經(jīng)過各固定增益、相位和延遲調(diào)節(jié)器調(diào)整，以便當(dāng)它在導(dǎo)向耦合器10中與功率放大器輸出信號(hào)組合時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)最終無失真的輸出信號(hào)。但使用這種方法的問題是，由于使用了固定增益、相位、延遲調(diào)節(jié)器，就無法根據(jù)工作點(diǎn)的變化(如輸入信號(hào)變化，電壓變化、溫度變化)調(diào)整增益、相位參數(shù)。
參照?qǐng)D1B，它給出了先有技術(shù)中另外一個(gè)前饋系統(tǒng)。該系統(tǒng)試圖克服上述系統(tǒng)的缺點(diǎn)。一個(gè)測(cè)試信號(hào)(或稱導(dǎo)頻)經(jīng)過耦合器30引入功率放大器24的主信號(hào)路徑。當(dāng)此導(dǎo)頻在放大器輸出端檢波后，其幅值可以被自動(dòng)控制電路32用來調(diào)整引線29上的信號(hào)的增益和相位，以便同時(shí)消除導(dǎo)頻以及由功率放大器24引入的失真。使用這種方法的問題是，引入單獨(dú)的導(dǎo)頻音并沒有為互調(diào)分量(失真)的消除提供一種寬帶解決方案。另外，圖1B的實(shí)施例仍然指出使用固定增益、相位、延遲調(diào)節(jié)器進(jìn)行載波消除。
參照?qǐng)D1C，它給出另一個(gè)先有技術(shù)所使用的前饋系統(tǒng)，它被設(shè)計(jì)用來增強(qiáng)射頻功率放大器的線性傳輸特性。這可以通過以下過程實(shí)現(xiàn)在7上將來自5和8的輸入與輸出信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生一個(gè)失真信號(hào)，在10將其反相，然后在11將其與26的放大信號(hào)相組合。參考信號(hào)13被直接引入射頻放大器2，使得其出現(xiàn)在輸出端時(shí)，就如同一個(gè)因放大引起的失真信號(hào)。監(jiān)控電路14對(duì)出現(xiàn)在輸出端3上的參考信號(hào)13進(jìn)行監(jiān)控，并修正均衡電路15的特性曲線，以便從端點(diǎn)3上的放大輸出信號(hào)中消除引入的參考信號(hào)。
值得注意的是，參考信號(hào)13要么是一個(gè)被連續(xù)調(diào)整到一個(gè)期望的參考頻率的單個(gè)參考信號(hào)，要么具有與梳狀波發(fā)生器所產(chǎn)生的典型頻率一樣的梳狀頻率。對(duì)于單個(gè)參考信號(hào)，為了完成消除，監(jiān)控器14總是重復(fù)調(diào)整均衡器15的相應(yīng)頻帶。而對(duì)于梳狀參考信號(hào)，監(jiān)控器14是一個(gè)頻率選擇器，因而在調(diào)整均衡器15相應(yīng)頻帶的同時(shí)，響應(yīng)每個(gè)特定梳狀頻率進(jìn)行調(diào)整。
盡管這些嘗試可以在很寬的功率放大器工作頻帶范圍內(nèi)獲得互調(diào)分量的消除，但仍具有以下缺點(diǎn)在獲得所期望程度的互調(diào)消除之前，必須完成對(duì)幾個(gè)均衡器頻帶的調(diào)整。完成這些連續(xù)調(diào)整所需的時(shí)間無疑影響了系統(tǒng)的效率。
于是，提供一個(gè)能夠克服以上先有技術(shù)的缺點(diǎn)的，用以降低功率放大器引起的失真的前饋放大器網(wǎng)絡(luò)是非常有意義的。
簡(jiǎn)單地說，本發(fā)明是一個(gè)前饋放大器網(wǎng)絡(luò)，它利用掃描頻率導(dǎo)頻音以降低網(wǎng)絡(luò)的功率放大器所產(chǎn)生的失真。工作時(shí)，從一個(gè)參考信號(hào)所產(chǎn)生的掃描頻率導(dǎo)頻音，被導(dǎo)入到功率放大器輸入信號(hào)的輸入路徑上。之后，用一個(gè)失真消除電路產(chǎn)生一個(gè)放大的輸出信號(hào)，它基本上既無導(dǎo)頻音又無由功率放大器產(chǎn)生的失真。放大輸出信號(hào)然后經(jīng)過檢波器檢波，相位被鎖定到參考信號(hào)，以便使確定平均導(dǎo)頻音能量保持在放大輸出信號(hào)范圍之內(nèi)。平均導(dǎo)頻音能量為放大輸出信號(hào)范圍內(nèi)的導(dǎo)頻音能量除以功率放大器的工作帶寬。為了減小放大器網(wǎng)絡(luò)輸出端導(dǎo)頻音的量，根據(jù)以上能量測(cè)定，調(diào)整放大器網(wǎng)絡(luò)的特性曲線。
本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與固定頻率、梯形頻率、梳狀頻率不同，掃描頻率導(dǎo)頻音信號(hào)是一個(gè)頻率連續(xù)可變的信號(hào)。
本發(fā)明的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與在單個(gè)頻率上的能量測(cè)定不同，導(dǎo)頻音能量的測(cè)定是在整個(gè)功率放大器帶寬上的平均能量基礎(chǔ)上進(jìn)行的。
本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與在單個(gè)或多個(gè)固定頻率點(diǎn)上對(duì)導(dǎo)頻音的測(cè)定不同，放大器網(wǎng)絡(luò)特性曲線的調(diào)整是基于整個(gè)放大器帶寬上的平均導(dǎo)頻音能量而進(jìn)行的。
圖1A，1B，1C表示根據(jù)先有技術(shù)的前饋放大器網(wǎng)絡(luò);
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的前饋放大器網(wǎng)絡(luò)。
參照?qǐng)D2，它以方框圖形式給出了根據(jù)本發(fā)明的前饋放大器網(wǎng)絡(luò)200。輸入信號(hào)216(可能包括多個(gè)射頻載波器)由導(dǎo)向耦合器201分別送到兩個(gè)信號(hào)路徑上。在一個(gè)信號(hào)路徑上(主信號(hào)路徑)，該輸入信號(hào)被主大器202放大后，經(jīng)過導(dǎo)向耦合器203、延遲器204、導(dǎo)向耦合器205和206，導(dǎo)向輸出端217。如前所述，失真與互調(diào)成份可以由主放器202引入。于是設(shè)計(jì)了圖2中的電路，用來在輸出217之前基本上消除全部失真與互調(diào)成份。
為此，輸入信號(hào)216經(jīng)過前饋信號(hào)路徑上的延遲電路207延遲，然后其相位、增益由相位和增益調(diào)節(jié)器208進(jìn)行調(diào)整，而沒有引入任何失真。設(shè)置延遲器207的延遲時(shí)間來補(bǔ)嘗信號(hào)通過主放大器202及導(dǎo)向耦合器203所造成的信號(hào)延遲。下一步，導(dǎo)向耦合器203和209允許部分帶有失真成份的信號(hào)與前饋信號(hào)相組合。如果前饋輸入信號(hào)的振幅、相位調(diào)節(jié)得合適，來自于導(dǎo)向耦合器203的放大信號(hào)的載波成份將消除前饋輸入信號(hào)的載波成份，結(jié)果在導(dǎo)向耦合器209的輸出端產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信號(hào)。這個(gè)過程通常稱為載波消除。
在此之后，該錯(cuò)誤信號(hào)的振幅、相位在振幅與相位調(diào)節(jié)器210內(nèi)被調(diào)整，并經(jīng)誤差放大器211放大，送到導(dǎo)向耦合器205，在此它被從經(jīng)過導(dǎo)向耦合器203和延遲器204之后的主放大器202的輸出上減去。設(shè)置延遲器204的時(shí)間延遲以補(bǔ)嘗經(jīng)過導(dǎo)向耦合器209、增益和相位調(diào)節(jié)器210以及誤差放大器211所造成的時(shí)間延遲。如果誤差信號(hào)的振幅及相位調(diào)節(jié)得合適，主信號(hào)路徑的失真成份將被消除，結(jié)果在主信號(hào)路徑輸出端217產(chǎn)生一個(gè)純凈信號(hào)。
為了達(dá)到最優(yōu)的失真消除，必須控制增益和相位調(diào)節(jié)器208，210產(chǎn)生純凈輸出信號(hào)，即基本上不存在主放大器202產(chǎn)生的失真。根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)頻音發(fā)生器213產(chǎn)生一個(gè)掃描頻率導(dǎo)頻音信號(hào)212，它經(jīng)過導(dǎo)向耦合器219引入輸入信號(hào)216的路徑上，并傳送給主放大器202?？刂茖?dǎo)頻音信號(hào)的振幅，使其與主放大器202產(chǎn)生的失真成份的電平相同。隨后，導(dǎo)向耦合器209輸出端的誤差信號(hào)基本上既包含由主放大器202引入的失真成份，又包含導(dǎo)頻音信號(hào)212。通過在主放大器輸出路徑內(nèi)適當(dāng)消除導(dǎo)頻音信號(hào)212，相同振幅的失真成份也將同時(shí)被消除，從而在端點(diǎn)217提供一個(gè)純凈信號(hào)。
為了確定導(dǎo)頻音的消除程度，本發(fā)明采用了一個(gè)導(dǎo)頻音檢波器215。根據(jù)本較佳實(shí)施例，檢波器215是一個(gè)窄帶導(dǎo)頻音接收器。當(dāng)工作時(shí)，對(duì)檢波器215進(jìn)行相位鎖定，即經(jīng)過信號(hào)218與導(dǎo)頻音發(fā)生器213同步。根據(jù)本較佳實(shí)施例，導(dǎo)頻音發(fā)生器213是一個(gè)可變頻率振蕩器。該裝置(工作在本地時(shí)鐘或本機(jī)振蕩器L.O下，以下稱參考信號(hào)218)能夠產(chǎn)生一定范圍的頻率。由于導(dǎo)頻音發(fā)生器213與導(dǎo)頻音檢測(cè)器215工作在同一參考信號(hào)218上，所以，盡管在主放大輸出路徑上存在其它信號(hào)，檢波器215也能很容易地識(shí)別出導(dǎo)頻音信號(hào)。
與先有技術(shù)中使用的固定頻率，梯形頻率，或梳狀頻率不同，掃描頻率導(dǎo)頻音信號(hào)212的特征在于一個(gè)具有連續(xù)變化頻率的信號(hào)，其中頻率相對(duì)于時(shí)間的變化是一個(gè)常數(shù)。這可以使本發(fā)明導(dǎo)頻音掃過整個(gè)放大器網(wǎng)絡(luò)工作頻帶。相反，一個(gè)固定頻率導(dǎo)頻音信號(hào)只有一個(gè)頻率;梯形頻率導(dǎo)頻音雖然量可變頻率，但其中頻率相對(duì)于時(shí)間的變化是個(gè)階躍函數(shù);而梳狀頻率最好的特征為一具有多重固定頻率的信號(hào)?？梢钥闯?，使用掃描頻率導(dǎo)頻音的優(yōu)點(diǎn)是，能夠在放大器網(wǎng)絡(luò)200的整個(gè)工作頻帶內(nèi)消除導(dǎo)頻音和失真。
在工作時(shí)，從導(dǎo)向耦合器205輸出信號(hào)的隨機(jī)抽樣(205代表了失真和導(dǎo)頻音都被從主放大器輸出路徑上消除的點(diǎn))可以在耦合器206中獲取并送到接收器215中。對(duì)于這些隨機(jī)抽樣求平均值，以確定在主放大輸出路徑內(nèi)的平均導(dǎo)頻音能量電平。根據(jù)這一測(cè)定，控制器214調(diào)整增益和相位調(diào)節(jié)器208及210的增益和相位特性曲線，以便既消除導(dǎo)頻音信號(hào)又消除功率放大器202引入的失真。
根據(jù)本較佳實(shí)施例，控制器214包括一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，例如就象一個(gè)數(shù)字電壓表一樣，用以將測(cè)定的導(dǎo)頻音能量電平轉(zhuǎn)化成數(shù)字形式，供一個(gè)微處理器使用，編程地調(diào)整增益和相位調(diào)節(jié)器208及210的增益和相位特性曲線。使用這種方法，在達(dá)到所期望的消除程度之前，不再需要在連續(xù)頻率上進(jìn)行幾個(gè)增益和相位的調(diào)整。相反，通過在頻率掃描期間，以幾個(gè)間隔內(nèi)對(duì)導(dǎo)頻音能量電平進(jìn)行抽樣并求出其平均值，因而確定了整個(gè)掃描頻率的平均導(dǎo)頻音能量電平，就可以同時(shí)完成在整個(gè)放大器網(wǎng)絡(luò)工作帶寬內(nèi)的導(dǎo)頻音與失真的消除。
以上參照一個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。但對(duì)于一個(gè)精通這方面的人來說應(yīng)是很顯然的，即在不離開本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可以做出各種修改。例如，圖2示出了一個(gè)其中使用單載波消除環(huán)的電路。對(duì)于精通此方面的人來說不難理解到，用疊套或級(jí)聯(lián)載波消除環(huán)來代替，是一種顯而易見的修改。此外，控制器214不必是一個(gè)由微處理器控制的裝置，而檢波器215可以是任意已知的幾種窄帶射頻檢波器或頻率選擇接收器。
權(quán)利要求
1.一個(gè)用于減小功率放大器產(chǎn)生的失真的前饋放大器網(wǎng)絡(luò)，包括用來產(chǎn)生可以隨參考信號(hào)而變化的掃描頻率導(dǎo)頻音的裝置，其中掃描頻率導(dǎo)頻音被引入功率放大器輸入信號(hào)的輸入路徑上；電路裝置，(該裝置與功率放大器相耦合)用來產(chǎn)生一個(gè)放大輸出信號(hào)，此信號(hào)中基本上不含導(dǎo)頻音和功放失真；用來測(cè)定放大輸出信號(hào)范圍內(nèi)平均導(dǎo)頻音能量電平裝置，該裝置與電路裝置相耦合；用來調(diào)整電路裝置的特性曲線以降低輸出信號(hào)范圍內(nèi)導(dǎo)頻音能量電平均的振幅的裝置，該裝置與測(cè)定裝置相耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的前饋放大器網(wǎng)絡(luò)，其中，用來產(chǎn)生掃描頻率導(dǎo)頻音的裝置是一個(gè)可變頻率振蕩器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的前饋放大器網(wǎng)絡(luò)，其中參考信號(hào)是可變頻率振蕩器的本地振蕩率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的前饋放大器網(wǎng)絡(luò)，其中與單個(gè)或多個(gè)固定頻率信號(hào)相反，掃描頻率導(dǎo)頻音是一個(gè)連續(xù)變化頻率的信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的前饋放大器網(wǎng)絡(luò)，其中，在頻率掃描過程中，導(dǎo)頻音頻率相對(duì)于時(shí)間的變化為常數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的前饋放大器網(wǎng)絡(luò)，其中電路裝置進(jìn)一步包括第一消除裝置，該裝置與功率放大器相耦合，用以產(chǎn)生代表掃描頻率導(dǎo)頻音和功率放大器產(chǎn)生的失真的誤差信號(hào);第二消除裝置，該裝置與第一消除裝置相耦合，用以將放大的錯(cuò)誤信號(hào)與功率放大器輸出信號(hào)相組合以產(chǎn)生放大輸出信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的前饋放大器網(wǎng)絡(luò)，其中檢波裝置是從包括下列一組裝置中選出的一種頻率選擇接收器;和窄帶射頻功率檢波器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的前饋放大器網(wǎng)絡(luò)，其中檢波裝置被鎖相到參考信號(hào)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的前饋放大器網(wǎng)絡(luò)，其中調(diào)節(jié)裝置根據(jù)放大輸出信號(hào)范圍內(nèi)測(cè)定的平均導(dǎo)頻音能量電平來調(diào)整輸入信號(hào)和誤差信號(hào)的振幅及相位。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的前饋放大器網(wǎng)絡(luò)，其中平均導(dǎo)頻音能量電平，作為在頻率掃描期間被抽取的多個(gè)導(dǎo)頻音能量采樣的函數(shù)而被確定的。
全文摘要
前饋放大器網(wǎng)絡(luò)，使用掃描頻率導(dǎo)頻音信號(hào)，減小網(wǎng)絡(luò)功率放大器產(chǎn)生的失真。掃描頻率導(dǎo)頻音(可由變頻振蕩器產(chǎn)生)被引入放大器輸入信號(hào)的輸入路徑上。失真消除電路產(chǎn)生不含導(dǎo)頻音和功率產(chǎn)生的失真的放大輸出信號(hào)，檢波器對(duì)放大輸出信號(hào)進(jìn)行檢波，為使平均導(dǎo)頻音能量處于放大輸出信號(hào)的頻率范圍內(nèi)，將檢波器的相位鎖定到經(jīng)過信號(hào)218的變頻振蕩器。根據(jù)測(cè)定，調(diào)整變化放大器網(wǎng)絡(luò)特性曲線，以減小放大器網(wǎng)絡(luò)輸出中的導(dǎo)頻音的量。
文檔編號(hào)H03F1/32GK1066349SQ9210266
公開日1992年11月18日 申請(qǐng)日期1992年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月15日
發(fā)明者小德瑞克L·塔特塞 申請(qǐng)人:莫托羅拉公司