CN101505178A - 一种包络检波装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种包络检波装置及其方法，所述包络检波装置包括：功率分配器、第一检波管、第二检波管和增益滤波器；功率分配器一个输出端经过第一检波管与增益滤波器的输入端连接，功率分配器的另一个输出端经过第二检波管与增益滤波器的输入端连接；功率分配器将输入的射频信号分成两路射频信号，其中一路射频信号经过第一检波管的正向检波得到第一包络信号，并输出到所述增益滤波器；另一路射频信号经过第二检波管的反向检波得到第二包络信号，并输出到增益滤波器；增益滤波器将第一包络信号和第二包络信号整合为一路包络信号，并放大输出。本发明的包络检波装置及方法，其成本比较低、时延小、检测动态范围比较大、精准度比较高。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信系统中射频技术设计领域，尤其涉及一种包络检波装置及其方法。
背景技术
近年来，随着3G网络的大规模建设，为了降低设备投资和运营成本，功率放大器效率的提高越来越成为运营商关注的焦点。功率放大器的核心问题是线性化和高效率，更高的效率不仅能够为运营商节省电费，还能节省电源等配套设施的投资，而且由于生产工艺的简化，降低了整机散热的要求，增加设备的可靠性，使网络性能更稳定。因此，数字预失真技术、包络跟踪技术、Doherty技术、包络消除再生技术、峰值减少技术、自适应偏置技术、自适应射频预失真技术等提高功率放大器效率和线性的技术都有了不同程度的发展，目前这些技术在高效率线性功放系统中都得到了广泛的应用。
在大多数高效率线性功放系统以及一些特定设备中，都需要对调制信号进行包络检波，根据检波电压的大小，得到即时的信号功率值，包络检波器是整个高效率、高线性系统的关键器件之一，它的功能要求是快速、准确的检测出即时射频信号的包络信号。如果不能快速、准确的检测出射频信号的包络变化，整个系统的性能就会受到影响。比如应用于高效率高线性功放系统中的包络检波器，它检测出的包络信号的精准度，直接关系到放大器非线性失真信号对消的效果，关系到整个放大系统的线性和效率等关键指标。
目前的包络检波器主要有以下几种：
第一种包络检波器包括两个匹配电路、检波管及运算放大器，射频信号通过单端的检波管得到包络信号，然后通过运算放大器对包络信号进行放大后输出。其中一个匹配电路连接在射频信号输入端和检波管输入端之间，另外一个匹配电路连接在检波管输出端和运算放大器输入端之间，这两个匹配电路用于匹配检波管的阻抗和传输射频信号的射频微带线的阻抗。
该包络检波器成本低，但是由于射频微带线的特征阻抗都是50Ω，而检波管的阻抗不是50Ω，这样射频微带线的阻抗和检波管的阻抗不匹配，射频信号输入端的输入回波非常大，有较高的射频分量被耦合到包络信号上，而且射频信号小的时候检波输出电压低，很难精准度检测出射频信号的包络，但是射频信号大的时候输出电压高，检波管检测到的射频信号的包络又有很大的非线性失真，影响放大器的线性和效率。
第二种包络检波器包括检波器芯片和运算放大器，检波器芯片根据射频信号和检波电压的关系，由射频信号得到包络信号，再经过运算放大器的放大作用后输出。
该包络检波器能有较大的动态范围，但成本比较昂贵，且时延大，很难满足高效率、高线性系统时延小的要求。
发明内容
本发明提供了一种包络检波装置及方法，其成本比较低、时延小、检测动态范围比较大。
本发明的技术方案是：一种包络检波装置，包括：功率分配器、第一检波管、第二检波管和增益滤波器；
所述功率分配器输出的一端经过所述第一检波管与所述增益滤波器的输入端连接，所述功率分配器输出的另一端经过所述第二检波管与所述增益滤波器的输入端连接；
所述功率分配器将输入的射频信号分成两路射频信号，其中一路射频信号经过所述第一检波管的正向检波得到第一包络信号，并输出到所述增益滤波器；另一路射频信号经过所述第二检波管的反向检波得到第二包络信号，并输出到所述增益滤波器；所述增益滤波器将所述第一包络信号和第二包络信号整合为一路包络信号，并放大输出。
一种包络检波方法，包括步骤：
将输入的射频信号分为两路射频信号；
对其中一路射频信号进行正向检波处理得到第一包络信号；对另外一路射频信号进行反向检波处理得到第二包络信号；
将第一包络信号和第二包络信号整合为一路包络信号，并放大输出。
本发明的包络检波装置及方法，功率分配器将射频信号分为两路射频信号，对两路射频信号分别进行正向检波和反向检波得到两路包络信号，再通过增益滤波器合成一路包络信号放大后输出。由于本发明将射频信号分为两路射频信号检波，相对于现有技术中的一路射频信号检波来说，由于引入了功率分配器，其可以起到隔离信号干扰的作用，第一检波管和第二检波管阻抗的不匹配对射频信号输入端的输入回波就比较小；且由于通过增益滤波器将两路包络信号整合为一路包络信号，则该包络检波装置的检测动态范围比较大、精准度比较高。另外相对于现有技术中的检波器芯片来说，成本比较低、时延比较小。
附图说明
图1是本发明包络检波装置一实施例的结构原理框图；
图2是本发明包络检波装置一实施例的结构原理框图；
图3是本发明包络检波装置一实施例的结构原理框图；
图4是本发明包络检波方法的流程图。
具体实施方式
本发明的包络检波装置及方法，功率分配器将射频信号分为两路射频信号，对两路射频信号分别进行正向检波和方向检波得到两路包络信号，再通过增益滤波器合成一路包络信号放大后输出。由于本发明将射频信号分为两路射频信号检波，相对于现有技术中的一路射频信号检波来说，由于引入了功率分配器，其可以起到隔离信号干扰的作用，第一检波管和第二检波管阻抗的不匹配对射频信号输入端的输入回波就比较小；且由于通过增益滤波器将两路包络信号整合为一路包络信号，则该包络检波装置的检测动态范围比较大、精准度比较高。另外相对于现有技术中的检波器芯片来说，成本比较低、时延比较小。
下面结合附图和具体实施例对本发明做一详细的阐述。
本发明的包络检波装置包括，如图1，功率分配器、第一检波管、第二检波管和增益滤波器；
所述功率分配器一个输出端经过所述第一检波管与所述增益滤波器的输入端连接，所述功率分配器另一个输出端经过所述第二检波管与所述增益滤波器的输入端连接；
所述功率分配器将输入的射频信号分成两路射频信号；其中一路射频信号经过所述第一检波管的正向检波得到第一包络信号，并输出到所述增益滤波器；另一路射频信号经过所述第二检波管的反向检波得到第二包络信号，并输出到所述增益滤波器；所述增益滤波器将所述第一包络信号和第二包络信号整合为一路包络信号，并放大输出。在一优选实施例中，所述增益滤波器还用于对整合后的包络信号进行高频分量上的滤波。
在一实施例中，功率分配器可以将输入的射频信号分为功率相等的两路射频信号，该两路射频信号的相位差在一优选实施例中可以为90度，输入的射频信号可以是WCDMA或CDMA或TD-SCDMA等不同制式不同频段的射频信号。
在具体实施时，功率分配器可以为3Db电桥，增益滤波器可以包括运算放大器，所述第一检波管的输出端和第二检波管的输出端依次接所述运算放大器的差模输入的两端，该运算放大器不仅对包络信号的高频分量进行滤波，还对包络信号的幅度进行放大。
在一实施例中，如图2，在所述功率分配器和第一检波管之间连接有第一匹配电路，在第一检波管和所述增益滤波器之间连接有第二匹配电路，该第一匹配电路和第二匹配电路用于匹配第一检波管的阻抗和传输射频信号的射频微带线的阻抗，可以减少射频微带线的阻抗对第一检波管的影响，这样第一检波管正向检波处理的效果比较好。
为了达到同样的目的，在所述功率分配器和第二检波管之间连接有第三匹配电路，在第二检波管和所述增益滤波器之间连接有第四匹配电路，该第三匹配电路和第四匹配电路用于匹配第二检波管的阻抗和传输射频信号的射频微带线的阻抗，可以减少射频微带线的阻抗对第二检波管的影响，这样第二检波管反向检波处理的效果比较好。
在一实施例中，可以在第一检波管和所述增益滤波器之间还连接有第一射极跟随器，用于减少增益滤波器对第一检波管阻抗匹配的影响，由于增益滤波器的阻抗比第一检波管的阻抗小的多，所以增益滤波器的阻抗会对第一检波管的检波处理产生影响，第一射极跟随器就能起到隔离作用，避免增益滤波器的信号干扰到第一检波管的信号。如图3，也可以在第二匹配电路和所述增益滤波器之间还连接有第一射极跟随器。
为了达到同样的目的，在第二检波管和所述增益滤波器之间还连接有第二射极跟随器，用于减少增益滤波器对第二检波管阻抗匹配的影响，由于增益滤波器的阻抗比第二检波管的阻抗小的多，所以增益滤波器的阻抗会对第二检波管的检波处理产生影响，第二射极跟随器就能起到隔离作用，避免增益滤波器的信号干扰到第二检波管的信号。也可以在第四匹配电路和所述增益滤波器之间还连接有第二射极跟随器。
由此可见，本发明将射频信号分为两路射频信号检波，相对于现有技术中的一路射频信号检波来说，由于引入了功率分配器，其可以起到隔离的作用，第一检波管和第二检波管阻抗的不匹配对射频信号输入端的阻抗影响很小，所以输入驻波就比较小；且由于通过增益滤波器将两路包络信号整合为一路包络信号，则该包络检波装置的检测动态范围比较大、精准度比较高。另外相对于现有技术中的检波器芯片来说，成本比较低、时延比较小。
本发明还揭示了一种包络检波方法，包括步骤，如图4：
S101、将输入的射频信号分为两路射频信号；具体实施时，可以将输入的射频信号分为功率相等的两路射频信号，该两路射频信号的相位相差在一优选实施例中可以为90度。
S102、对其中一路射频信号进行正向检波处理得到第一包络信号；对另外一路射频信号进行反向检波处理得到第二包络信号。具体检波处理时可以采用检波二极管对射频信号进行正向检波和反向检波。
S103、将所述第一包络信号和第二包络信号整合为一路包络信号，并放大处理后输出。该步骤进一步可以包括，对整合后的包络信号的高频分量进行滤波处理，之后再对整合后的包络信号的幅度进行放大。
结合上述工作原理，本发明的具体实施方式及工作步骤如下：
步骤1：射频信号经过耦合器后，进入本发明的包络检波装置。这些射频信号可以是WCDMA、CDMA、TD-SCDMA等不同制式不同频段的射频信号；
步骤2：射频信号经过步骤1的处理后，变为预进行包络检波的射频信号；
步骤3：步骤2的射频信号，进入一个3dB电桥，分为等功率、相位相差90°的射频信号；
步骤4：步骤3中分路后的两路射频信号，分别依次通过第一检波管正向检波和第二检波管反向检波，提取每一路射频信号的包络信号；
步骤5：步骤4中的第一检波管前后都需要添加必要的匹配电路，即在第一检波管和3dB电桥之间、第一检波管和增益滤波器之间都连接匹配电路，以达到第一检波管和传输射频信号的射频微带线的阻抗匹配的效果，射频信号输入端输入回波很小；步骤4中的第二检波管前后也都需要添加必要的匹配电路，即在第二检波管和3dB电桥之间、第二检波管和增益滤波器之间都连接匹配电路，以达到第二检波管和传输射频信号的射频微带线的阻抗匹配的效果；
步骤6：步骤4中提取得到的两路包络信号，其中一路经过第一射极跟随器输出到增益滤波器，另外一路经过第二射极跟随器输出到增益滤波器；两个射频跟随器能减小后面增益滤波器电路对第一检波管和第二检波管阻抗匹配的影响；
步骤7：步骤6中输出的正反两路包络信号，经过增益滤波器，得到单路的输出包络信号；
步骤8：步骤7中的增益滤波器具体实现时可以采用运算放大器来实现；正反两路包络信号分别输送到运算放大器的差模输入的两端。该增益滤波器不仅对输出的包络信号的高频分量进行滤波，还对包络信号的幅度进行放大；
步骤9：步骤8中增益滤波器输出一电压信号(整合后的包络信号)，该信号的瞬时电压与输入包络检波装置的射频信号的瞬时功率有关。
步骤8中提到的增益滤波器是本发明的关键之一，因为本发明的输出电压的幅度、时延、支持的射频信号的制式以及动态范围的很多指标与它有关。具体应用中，需要针对不同的系统要求，增益滤波器选择合适的运算放大器，设计不同增益和带宽的滤波器。当然，选用合适的检波管，也是使得该发明包络检波装置有较大动态范围的需要。
本发明提供的一种包络检波装置及其方法，与现有技术中的检波芯片相比，克服了成本高、时延比较大等缺陷；与现有技术中的单端检波管检波的方式相比，克服了输入驻波差、输出电压小、动态范围小、包络检测不够准确等缺陷。
本发明的平衡式包络检波装置(分两路检波方式)能够在低成本投入的情况下，双倍于单端包络检波器的检波电压输出；远好于单端包络检波器的输入驻波；更好的检波失真，该现象在大功率检波情况下尤其明显，同时，也提供了更好的线性动态范围；整个检波器装置的时延也可以达到10nS数量级；3dB电桥的使用，能很好的抑制奇次谐波。
因此，本发明包络检波装置在所有需要使用到包络检波的通信设备中，特别是对检波要求比较高的高效率、高线性功放系统中，都可以有良好的应用前景。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1、一种包络检波装置，其特征在于，包括：功率分配器、第一检波管、第二检波管和增益滤波器；
所述功率分配器一个输出端经过所述第一检波管与所述增益滤波器的输入端连接，所述功率分配器的另一个输出端经过所述第二检波管与所述增益滤波器的输入端连接；
所述功率分配器将输入的射频信号分成两路射频信号，其中一路射频信号经过所述第一检波管的正向检波得到第一包络信号，并输出到所述增益滤波器；另一路射频信号经过所述第二检波管的反向检波得到第二包络信号，并输出到所述增益滤波器；所述增益滤波器将所述第一包络信号和第二包络信号整合为一路包络信号，并放大输出。
2、根据权利要求1所述的包络检波装置，其特征在于：在所述功率分配器和所述第一检波管之间还连接有第一匹配电路，在所述第一检波管和所述增益滤波器之间还连接有第二匹配电路，所述第一匹配电路和第二匹配电路用于匹配所述第一检波管的阻抗和传输射频信号的射频微带线的阻抗；
在所述功率分配器和所述第二检波管之间还连接有第三匹配电路，在所述第二检波管和所述增益滤波器之间还连接有第四匹配电路，所述第三匹配电路和第四匹配电路用于匹配所述第二检波管的阻抗和传输射频信号的射频微带线的阻抗。
3、根据权利要求1所述的包络检波装置，其特征在于：
在所述第一检波管和所述增益滤波器之间还连接有第一射极跟随器，在所述第二检波管和所述增益滤波器之间还连接有第二射极跟随器。
4、根据权利要求2所述的包络检波装置，其特征在于：在所述第三匹配电路和所述增益滤波器之间还连接有第一射极跟随器，在所述第四匹配电路和所述增益滤波器之间还连接有第二射极跟随器。
5、根据权利要求1所述的包络检波装置，其特征在于：所述功率分配器为3dB电桥，所述增益滤波器还用于对整合后的包络信号进行高频分量的滤波。
6、根据权利要求1所述的包络检波装置，其特征在于：所述增益滤波器包括运算放大器，所述第一检波管的输出端和第二检波管的输出端依次接所述运算放大器的差模输入的两端。
7、根据权利要求1至6任一权利要求所述的包络检波装置，其特征在于：所述功率分配器将所述输入的射频信号分为功率相等的两路射频信号。
8、一种包络检波方法，其特征在于，包括步骤：
将输入的射频信号分为两路射频信号；
对其中一路射频信号进行正向检波处理得到第一包络信号；对另外一路射频信号进行反向检波处理得到第二包络信号；
将第一包络信号和第二包络信号整合为一路包络信号，并放大输出。
9、根据权利要求8所述的包络检波方法，其特征在于：进一步还包括步骤：对整合后的包络信号进行高频分量的滤波，并对整合后的包络信号的幅度进行放大。
10、根据权利要求8或9所述的包络检波方法，其特征在于：将输入的射频信号分为功率相等的两路射频信号。
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