CN101127534A - 模拟预失真电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟预失真电路，连接在功率放大器电路前，包括：一个电桥，多个二极管、多个匹配电路、一个控制电压、两个隔直电容、及多个偏置电阻。本发明还公开了一种利用该电路的模拟预失真方法，包括：射频输入信号进入模拟预失真电路；根据射频输入信号自动调节模拟预失真电路的工作状态；调节控制电压及匹配电路对射频输入信号进行预失真处理；输出叠加了预失真补偿信号的射频输出信号。本发明的电路结构简单，调整方法方便，易于实现。且效率高、稳定性好、精度高，对功率放大器线性度改善效果显著。

Description

模拟预失真电路及方法

技术领域

本发明涉及一种功率放大器的线性化电路，具体涉及一种模拟预失真电路。本发明还涉及一种利用该电路的模拟预失真方法。

背景技术

近年来，随着无线通信在世界范围内的迅速发展，无线频谱资源日益紧张。为了更有效的利用有限的频谱资源，许多无线通信系统都采用了频谱利用率更高的线性调制方式。既要满足输出功率的要求，又要满足邻道功率抑制、效率的要求，光靠回退技术是不能实现的。在即将到来的第三代移动通信系统中，随着对电平要求的提高，其信噪比要求将快速上升，从而需要更高的发射功率，这就对功率放大器提出了更严格的线性要求。始终面临着不断解决宽带RF大功率放大器在‘线性’和‘效率’之间所普遍存在的的矛盾问题。当前所采用的线性化技术主要有功率回退技术、前馈技术、预失真技术等。对于应用于CDMA、WCDMA的大功率功率放大器而言，采取功率回退技术，虽然满足邻道功率泄漏抑制的要求，但是随着功率放大器输出减小、导致功率放大器效率低、功耗大。所以CDMA、WCDMA等功率放大器，既要输出高功率，又要满足邻道功率抑制等效率的要求，回退技术是不能实现的。目前前馈和数字预失真这两个方案都能得到很好的线性改善，但其技术难度高，需要庞大的研究小组，同时成本昂贵，需要许多外围元器件，功率放大器的体积一般也比较大。模拟预失真方案较前馈和数字预失真方案来说，虽然其线性改善程度无法达到相同的水平，但也有很好的改善效果。而模拟预失真方案的技术难度低，体积小，成本低等优点是非常明显的。批量生产非常方便，是目前普遍采用的一种技术。

放大器的非线性失真包括幅度失真(AM-AM)，相位失真(AM-PM)。其中，AM-AM转换相当于一个调幅信号加到理想的放大器上，因而AM-AM转换主要影响到功率放大器的交调指标；AM-PM转换相当于一个调相信号加到理想的功率放大器上，它主要影响功率放大器的频谱再生指标邻道功率泄漏比(ACPR)。模拟预失真技术，是一种在模拟域对输入的信号预先进行失真处理的技术。使射频信号在经过射频功率放大器后所产生的失真信号分量和原始输入射频信号所产生的失真信号分量幅度相等，相位相反，以抵消功率放大器对输入信号带来的非线性影响，从而达到线性化的目的。

图1描述了模拟预失真的原理。功率放大器的非线性对增益传输曲线造成的压缩。模拟预失真则产生一个与之相反的失真来抵消功率放大器的非线性对增益传输曲线造成的压缩，如果两种失真的传输函数能够完全反向一致，则最后得到的是一个线性的幅度传输函数。对相位的处理也一样，模拟预失真产生一个与功率放大器自身传输函数相反的传输函数，来抵消功率放大器的相位失真，最后得到线性的相位传输函数。

目前，流行的模拟预失真电路的实现主要有以下几种：有的是根据功率放大器对输入信号的压缩特性，预先使用预失真器对输入信号进行扩展，以抵消功率放大器对输入信号带来的非线性影响。此种方法中，预失真器的器件工艺和功率放大器器件工艺完全不同，如当功率放大器的器件采用的是LDMOS(横向散射晶体管)工艺时，预失真器的器件一般会采用GaAS(砷化镓)工艺等。预失真器的器件需要根据功率放大器的器件进行定做，提高了设计难度和设计成本，有很大的局限性；另外还有的是利用预失真信号发生器对输入射频信号产生失真信号分量，该失真信号分量在进入到功率放大器前先分别控制相位和幅度，使它与原始输入射频信号通过功率放大器所产生的失真信号分量的相位相反、幅度相同，以抵消功率放大器对输入信号带来的非线性影响。此射频预失真系统对高阶非线性失真信号也能够校准，具有校准效果好，有较高的校准动态范围等优点，但是，由于其中的预失真信号发生器在整个输入信号过程中始终处于工作状态，提高了射频预失真系统的成本、降低了射频预失真系统的工作效率和系统的稳定性。另外预失真信号发生器主要由矢量调制器构成，具有如下缺点：1、由于矢量调制器相位和增益失真随功率变化的特性与功率放大器管的特性相差甚远，如果要满足整个功率范围内都达到较好的线性，需要一个复杂的自适应控制电路对功率放大器失真进行检测，再通过单片机或DSP对得到的信息进行处理，然后控制矢量调制器达到线性化的目的。2、由于单片机和DSP的运算频率远低于射频频率，由它们控制的失真也就无法实现对调制后射频信号的失真进行实时、有效的补偿。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单的模拟预失真电路，它可以有效改善功率放大器线性、提高功率放大器效率。为此，本发明还要提供一种利用该电路的模拟预失真方法。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种模拟预失真电路，连接在功率放大器电路前，包括：一个电桥，多个二极管、多个匹配电路、一个控制电压、两个隔直电容、及多个偏置电阻；

电桥一端为射频输入信号输入接口，一端为射频输出信号输出端口，另外两端口电路对称连接：一路通过匹配电路接地，另一路依次通过匹配电路、隔直电容、及至少一个偏置电阻连接到控制电压；

两个隔直电容两端分别通过至少一个二极管接地，二极管相对两个隔直电容对称分布。

本发明还提供了一种利用上述电路的模拟预失真方法，包括如下步骤：

(1)、射频输入信号进入模拟预失真电路；

(2)、根据射频输入信号自动调节模拟预失真电路的工作状态；

(3)、调节控制电压及匹配电路对射频输入信号进行预失真处理，形成预失真分量；

(4)、输出叠加了所述预失真分量的射频输出信号。

因为本发明用模拟预失真电路及基于该电路的模拟预失真方法能够有效地对放大器产生的幅值失真、相位失真进行补偿。本发明的电路结构简单，调整方法方便，易于实现。且效率高、稳定性好、精度高，线性度改善效果显著。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是模拟预失真技术基本原理图；

图2是本发明的电路示意图；

图3是二极管的等效电路图。

具体实施方式

如图2是本发明的模拟预失真电路实施例的示意图。本实施例的电路结构包括：一个电桥，多个二极管、多个匹配电路、一个控制电压、两个隔直电容、及多个偏置电阻。本实施例中的匹配电路采用微带线，也可以采用电阻匹配，电桥为3dB定向耦合电桥，二极管采用肖特基二极管。

3dB定向耦合电桥一端为射频输入信号输入接口，一端为射频输出信号输出端口，另外两端口电路对称连接两条支路：一路通过匹配电路1(匹配电路2)接地，另一路依次通过匹配电路3(匹配电路4)、隔直电容C1(隔直电容C2)、及偏置电阻R1(偏置电阻R2)连接到控制电压VCC。

另外隔直电容C1、C2两端均通过至少一个二极管与地连接。二极管相对隔直电容C1、C2的分布应该是对称的。

如图2中所示，隔直电容C1的近电桥端连接二极管D1、D3的正极，远电桥端连接二极管D2、D4的正极，且二极管D1、D2、D3、D4的负极均接地。与此对称，隔直电容C2通过二极管D5、D6、D7、D8与地连接。

二极管的伏安特性曲线是一条类似于指数增长的曲线，随着输入电压的增大，输出电流会成指数上升，达到一定的值后，就进入饱和状态。模拟预失真器电路中，电源VCC提供二极管偏置电压，两个电阻R1，R2是偏置电阻，两个电容C1，C2起到隔直的作用。输入射频信号经过二极管后呈现了二极管的非线性特性，再输入到功率放大器，对放大器进行反失真，以达到线性化的目的。如图3所示，二极管可以等效地看作是电阻R与电容C并联。随着射频输入信号的加入，由于二极管具有检波特性，会产生检波电流，等效电阻将随着射频信号的增大而增大，Vd的值会随着检波电流的增大而减小，也就是随着射频输入信号的增大而减小。交流电阻R的值与Vd是成反比的。R增大会给预失真发生器带来幅度上的增益和相位上的提前。VCC是给二极管提供偏置电压的电压源，通过以上的理论分析可知，我们可以利用二极管的检波效应和VCC来改变R值的大小以改变射频输入信号的幅度和相位。

具体模拟预失真的方法如下：首先射频输入信号由输入端口进入电桥；根据射频输入信号自动调节模拟预失真电路的工作状态，利用功率放大器在不同射频信号下的线性状态，本发明的模拟预失真电路可以具有不同的工作状态来适应功率放大器。

当功率放大器在输入的射频信号为小信号时，其线性很好，几乎没有什么失真，此时模拟预失真电路可以在输入的射频信号为小信号时，处于线形工作状态，并经过判断不需要进行预失真处理，结束处理，输出射频输出信号。

当功率放大器在输入的射频信号为大信号时，会产生失真，此时模拟预失真电路可以在输入的射频信号为大信号时，处于非线性工作状态。

再通过调节控制电压VCC和匹配电路，调整模拟预失真电路的射频输出信号的幅度和相位，使幅度和相位都产生预失真，从而在输出的射频输出信号中预先产生一个与功率放大器输出非线性失真分量幅度相等、相位相反的预失真分量，以补偿功率放大器部分所产生的非线性失真。

预失真电路的输出功率电平可以随功率放大器的输出功率电平而调整，通过改善功率放大器的非线性可以提高功率放大器的性能指标，典型值是双音信号可以改善IM3 15～20dB，WCDMA信号可以改善ACPR 5～10dB。电压偏置电路利用二极管的高低温特性及负温度系数电阻的补偿特性可以对温度进行补偿，使此预失真电路能够在-40℃～80℃的环境温度范围内保证整机功率放大器的指标基本不变。

本发明的模拟预失真电路的优点在于：1、由于矢量调制器相位和增益失真随功率变化的特性与功率放大器管的特性相差甚远，如果要满足整个功率范围内都达到较好的线性，需要一个复杂的自适应控制电路，采用与主功率放大器管失真特性相近的二极管可以省掉该实现起来很复杂的自适应电路；2、本设计克服了其他方案由于单片机或DSP的运算频率远低于射频频率，而无法实现对功率放大器失真实时有效补偿的缺点。3、本发明的模拟预失真电路可以适应于各种功率放大器管，通过调整VCC的电压值同时也可以使其在整个温度范围内很好的适应功率放大器，使其能一直保持很好的线性。4、由于实用了3dB电桥的结构形式，电路结构呈对称分布，在任何功率电平时的输入驻波和输出驻波都能保持在非常小的状态，系统级联时不会恶化前后级和系统的性能。

Claims (7)

1.一种模拟预失真电路，连接在功率放大器电路前，其特征在于，包括：一个电桥，多个二极管、多个匹配电路、一个控制电压、两个隔直电容、及多个偏置电阻；

所述的电桥一端为射频输入信号输入接口，一端为射频输出信号输出端口，另外两端口电路对称连接：一路通过所述匹配电路接地，另一路依次通过所述匹配电路、所述隔直电容、及至少一个所述偏置电阻连接到所述控制电压；

所述的两个隔直电容两端分别通过至少一个所述二极管接地，所述二极管相对所述的两个隔直电容对称分布。

2.如权利要求1所述的模拟预失真电路，其特征在于，所述的电桥为3dB定向耦合电桥。

3.如权利要求1所述的模拟预失真电路，其特征在于，所述的匹配电路是微带线或电阻匹配。

4.如权利要求1所述的模拟预失真电路，其特征在于，所述的二极管是肖特基二极管。

5.一种利用如权利要求1所述的模拟预失真电路的模拟预失真方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、射频输入信号进入模拟预失真电路；

(2)、根据射频输入信号自动调节模拟预失真电路的工作状态；

(3)、调节控制电压及匹配电路对射频输入信号进行预失真处理，形成预失真分量；

(4)、输出叠加了所述预失真分量的射频输出信号。

6.如权利要求5所述的模拟预失真方法，其特征在于，所述的可调节的模拟预失真电路的工作状态包括线性工作状态及非线性工作状态。

7.如权利要求5所述的模拟预失真方法，其特征在于，所述的预失真分量与所述射频输出信号经过所述功率放大器产生的失真分量大小相等，相位相反。

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