專利名稱：增強型模擬預(yù)失真線性化功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
增強型模擬預(yù)失真線性化功率放大器
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是關(guān)于一種線性化功率放大器，特別是指一種在WCDMA移 動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)為實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和頻語效率，廣泛地采用 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移動通信基站及直 放站系統(tǒng)中的功率放大器，應(yīng)具有很高的線性度，才能夠最小化對相鄰信道 的干擾。實現(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，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均為射頻信號的直放站系統(tǒng)中。射頻 預(yù)失真法具有電路簡單、成本低、效率高、寬帶等優(yōu)點，在當代無線移動通 信基站和直放站系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。
射頻預(yù)失真線性化功率放大器的設(shè)計目標是使射頻預(yù)失真信號發(fā)生器輸 出的三階交調(diào)信號，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、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，實時優(yōu)化射頻預(yù)失真信號發(fā)生器輸出的三階交 調(diào)信號的幅度和相位，使其能最大化對消掉功放自身的三階交調(diào)分量，維持 功放輸出高線性度。
實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(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、同時還能夠提高功放的整體效率的增 強型模擬預(yù)失真線性化功率放大器。
本實用新型是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的 一種增強型模擬 預(yù)失真線性化功率放大器，包括信號分路單元、第一主功放、預(yù)失真產(chǎn)生單 元、延時濾波器、誤差功放、控制單元，以及接收機，其中信號分路單元的 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分路單元的輸出端，第 一主功放的第 一輸出端連接 到延時濾波器的輸入端，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，接收機連
接到射頻輸出的端口，控制單元實現(xiàn)對信號分路單元、第一主功放、預(yù)失真 產(chǎn)生單元、誤差功放、以及接收機的控制，該增強型模擬預(yù)失真線性化功率 放大器還包括3dB電橋，延時濾波器的輸出端與誤差功放的輸出端同時連接 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 時控制3dB電橋；
所述增強型模擬預(yù)失真線性化功率放大器包括三個環(huán)路，第一個環(huán)路為 載波對消環(huán)，包括信號分路單元、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)失真信號提取出來；第二個環(huán)路為功率合成環(huán)，包括第一主 功放、延時濾波器、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抵消，載波信號合成；第三個環(huán)路為交調(diào)對消環(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)信號與誤差 功放交調(diào)對消。
該實用新型進一步具體為所述信號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器，所述第二耦合 器耦合一部分信號，然后進入功率檢測器把功率變化轉(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 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器，所述第三耦合器耦合一部分信號，然后進 入功率檢測器把功率變化轉(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》文。
本實用新型增強型模擬預(yù)失真線性化功率放大器的優(yōu)點在于除了可以 很好的改善ACPR,還具有自適應(yīng)功能、同時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i^艮移動通信基站及直it站系統(tǒng) 中的檢測設(shè)備結(jié)合在一起，可以檢測輸入功率告警、駐波告警、增益告警。
下面參照附圖結(jié)合實施例對本實用新型作進一步的描述。
圖1是本實用新型增強型模擬預(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)對消環(huán)的電路原理圖。
具體實施方式
請參閱圖1,本實用新型增強型模擬預(yù)失真線性化功率放大器綜合運用 了現(xiàn)有的前饋和預(yù)失真技術(shù)。本實用新型增強型模擬預(yù)失真線性化功率放大 器包括信號分路單元l、第一主功放2、預(yù)失真產(chǎn)生單元3、延時濾波器4、 誤差功放5、 3dB電橋6、控制單元7,以及接收機8。其中信號分路單元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分路單元1的輸出端，第一主功;改2的第一 輸出端連接到延時濾波器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，延時濾波器4的輸出端與誤差功放5的輸出端同時連接到3犯 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 現(xiàn)對信號分路單元l、第一主功放2、預(yù)失真產(chǎn)生單元3、誤差功放5，以及 3dB電橋6的控制。接收機8連接在3dB電橋6的輸出端，實現(xiàn)射頻信號的 接收，接收機8同時與控制單元7相連，從而實時監(jiān)控射頻信號的輸出。
從結(jié)構(gòu)上來看可以用三個環(huán)路來描述該增強型模擬預(yù)失真線性化功率放 大器。第一個環(huán)路即為傳統(tǒng)的載波對消環(huán)，包括信號分路單元1、第一主功 放2，以及預(yù)失真產(chǎn)生單元3，將交調(diào)失真信號提取出來；第二個環(huán)路為功率 合成環(huán)，包括第一主功放2、延時濾波器4、誤差功放5，以及3dB電橋6; 第三個環(huán)路即為交調(diào)對消環(huán)，包括預(yù)失真產(chǎn)生單元3、誤差功放5。栽波信號 分成兩路經(jīng)過第一環(huán)路后把載波信號抵消掉，這樣就可以把失真信號提取出 來進入誤差功放5。在第二、第三環(huán)路中，第一主功放2的交調(diào)信號與誤差 功放5交調(diào)對消，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)并不是一個簡單的交調(diào)提取與放大電路， 而是一個過預(yù)失真電路，信號經(jīng)過過預(yù)失真電路放大后，交調(diào)信號與主路(這 里指的是第一主功放2所在的線路)交調(diào)信號矢量相反，載波信號與主路信
號矢量相同，所以經(jīng)過3dB電橋6合路后，產(chǎn)生的效果是失真信號抵消，載 波信號合成，從而不但達到線性化的要求，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)前面提到的三個環(huán)路中第一環(huán)就是載波對消環(huán)，載波對消環(huán)的閉環(huán) 控制通常采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)點是控制速度 快。請同時參閱圖1及圖2所示，圖2是載波對消環(huán)的電路原理圖，載波從RFin 進，經(jīng)過信號分路單元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 后實現(xiàn)抵消載波信號，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 檢測器74,第二耦合器37耦合一部分信號，然后進入功率檢測器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。
載波信號抵消，是在頻帶內(nèi)的向量對消，信號必須滿足相等的幅度和180 度的相位差異。實際上，特別是在寬帶范圍內(nèi)，很難做到兩個信號幅度完全 相同，相位完全相反，因此信號的抑制只能到一定的程度。 現(xiàn)在考慮兩個抵消信號
* = 4€ 咖闊 (1 )
式中，^為待抵消信號的頻率，6為信號的初始相位，a、 A分別為x. y這兩個 信號抵消的幅度誤差和相位誤差。 新個棺每的會m^為-
P-如f>)，=|(" 2-2" c呻《) (3 )
從上式可以得出，信號抵消條件是比較嚴格的，如信號抵消要達到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 幅度波動較大，相位也有較大差異。在寬帶內(nèi)，我們可以通過增益補償網(wǎng)絡(luò)
即電調(diào)衰減器21實現(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，要達到最大功率輸出，保證最大效率，請同 時參閱圖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,此時第三耦合器72的一端接到3dB電 橋6,另一端接到功率檢測器74,用來檢測功率輸出，要保證最大功率輸出 就要保證功率檢測器74檢測出來的功率是最小的，也就是PWR—OUT的電壓 最小，通過實時監(jiān)測PWRJ3UT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，達到最大功率輸出。
(3)第三個環(huán)路即為交調(diào)對消環(huán)，在這個環(huán)路，第一主功放2的交調(diào)信 號與誤差功放5交調(diào)對消，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)檢測跟 線性調(diào)節(jié)的功能。請同時參閱圖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)檢測就是檢測失真信號大小，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)，達到自適應(yīng)。在整個寬帶內(nèi)ACPR 可以好15-20個dBc。
雖然以上描述了本實用新型的具體實施方式
，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技 術(shù)人員應(yīng)當理解，我們所描述的具體的實施例只是說明性的，而不是用于對 本實用新型的范圍的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本實用新型的精神 所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求所保護的 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種增強型模擬預(yù)失真線性化功率放大器，包括信號分路單元、第一主功放、預(yù)失真產(chǎn)生單元、延時濾波器、誤差功放、控制單元，以及接收機，其中信號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分路單元的輸出端，第一主功放的第一輸出端連接到延時濾波器的輸入端，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，接收機連接到射頻輸出的端口，控制單元實現(xiàn)對信號分路單元、第一主功放、預(yù)失真產(chǎn)生單元、誤差功放、以及接收機的控制，其特征在于還包括3dB電橋，延時濾波器的輸出端與誤差功放的輸出端同時連接到3dB電橋的輸入端，3dB電橋的輸出端作為射頻輸出的端口，控制單元同時控制3dB電橋。
2. 如權(quán)利要求1所述的增強型模擬預(yù)失真線性化功率放大器，其特征在于所述信號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器。
4. 如權(quán)利要求1所述的增強型模擬預(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器。
6. 如權(quán)利要求1至5任一項所述的增強型模擬預(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^L。
專利摘要一種增強型模擬預(yù)失真線性化功率放大器，包括信號分路單元、第一主功放、預(yù)失真產(chǎn)生單元、延時濾波器、誤差功放、3dB電橋、控制單元，及接收機，信號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分路單元的輸出端，第一主功放的第一輸出端連到延時濾波器的輸入端，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，控制單元對各設(shè)備進行控制，延時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。本實用新型的優(yōu)點在于除了可以很好的改善ACPR，還具有自適應(yīng)功能、同時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H03F1/32GK201403074SQ20092013799
公開日2010年2月10日 申請日期2009年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月27日
發(fā)明者吳雄賓, 凱 林 申請人:福建三元達通訊股份有限公司