CN101656518B - 一种前馈功放电路及利用其实现功率放大的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于通信领域，提供了一种前馈功放电路及利用其实现功率放大的方法，所述前馈功放电路包括：3dB电桥，与所述3dB电桥连接的第一矢量调制器以及与所述3dB电桥依次顺序连接的第二延时线、第二耦合器、第二矢量调制器、误差功放，所述前馈功放电路还包括：Doherty功放，与所述第一矢量调制器连接，用于对射频信号进行功率放大；与所述Doherty功放依次顺序连接的第一耦合器、第一延时线、第三耦合器；所述误差功放与所述第三耦合器的输入端连接，所述第一耦合器的输出端与所述第二耦合器的输入端连接。本发明提供的前馈功放电路能够保持较高的功放效率、线性度，可以将前馈功放的效率提高到20％以上。
Description
技术领域
本发明属于通信领域，尤其涉及一种前馈功放电路及利用其实现功率放大的方法。
背景技术
当今蜂窝和个人通信网络的迅速增加，使已经拥挤的频谱负担更重，特别是第三代无线移动通信系统的提出，频带加宽，线性要求高，动态范围变大，功率输出增加，对高功率放大器的频带宽度、线性度和效率都提出更高的要求。
在传统的功放电路设计中是利用大功率器件，并结合功率回退来满足系统的线性要求。这种方法使系统的效率降低，另一方面，当需要较高的发射功率时，往往受器件输出能力的局限而无法实现。
与该功放最接近的功放是前馈方式的高线性功放，现有的前馈方式的高线性放大器一般采用AB类或者B类放大器，这样的功放效率相对比较低，一般在10％～15％左右，即使采用了其它提高效率的办法，效率也不会超过18％，特别是针对峰均比较高的信号，比如CDMA20001X不削峰的连续6载波信号，其峰均比可达11～13。
发明内容
本发明的目的在于提供一种前馈功放电路，旨在解决现有技术提供的前馈功放电路的功放效率较低的问题。
本发明是这样实现的，一种前馈功放电路，包括：3dB电桥，与所述3dB电桥连接的第一矢量调制器以及与所述3dB电桥依次顺序连接的第二延时线、第二耦合器、第二矢量调制器、误差功放，所述前馈功放电路还包括：
Doherty功放，与所述第一矢量调制器连接，用于对射频信号进行功率放大；
与所述Doherty功放依次顺序连接的第一耦合器、第一延时线、第三耦合器；
所述误差功放与所述第三耦合器的输入端连接，所述第一耦合器的输出端与所述第二耦合器的输入端连接。
本发明的另一目的在于提供一种射频直放站，所述射频直放站包括如上所述的前馈功放电路。
本发明的另一目的在于提供一种基站放大器，所述基站放大器包括如上所述的前馈功放电路。
本发明的另一目的在于提供一种基站，所述基站包括如上所述的前馈功放电路。
本发明的另一目的在于提供一种利用如上所述的前馈功放电路实现功率放大的方法，所述方法包括下述步骤：
3dB电桥将输入的射频信号分为两个互为等幅且具有90°相位差的纯净的射频上分支路信号和射频下分支路信号；
第一矢量调制器对所述射频上分支路信号进行幅度和相位调整；
Doherty功放对幅度和相位调整后的射频上分支路信号进行功率放大，生成带失真的非线性射频信号；
第一耦合器将所述带失真的非线性射频信号分成上、下两个支路信号，下分支路信号传输至第二耦合器，与通过第一延时线延时后的射频下分支路信号通过第二耦合器混合，输出交互误差信号；上分支路信号输出至第二延时线进行延时后，输出至第三耦合器；
第二矢量调制器调整所述交互误差信号的幅度和相位；
误差功放对调整幅度和相位后的交互误差信号进行功率放大并输出至第三耦合器；
所述第三耦合器将接收的信号进行合成，生成纯净的线性射频信号。
在本发明中，通过Doherty功放极大地提高了功放效率，与传统的前馈功放电路相比，该发明能够保持较高的功放效率，可以将前馈功放的效率提高到20％以上。
附图说明
图1是本发明实施例提供的前馈功放电路的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的Doherty功放的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的模拟预失真模块的结构示意图；
图4是本发明提供的利用前馈功放电路进行功率放大的方法的流程框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明实施例中，通过Doherty功放极大地提高了功放效率，与传统的前馈功放电路相比，该发明能够保持较高的功放效率，可以将前馈功放的效率提高到20％以上。
图1为本发明实施例提供的前馈功放电路的结构，为了便于说明，仅示出了本发明实施例相关的部分。该前馈功放电路包括：3dB电桥11，第一矢量调制器12、Doherty功放13、第一耦合器14、第二耦合器15、第一延时线16、第二延时线21、第三耦合器22、第二矢量调制器23、误差功放24。
在本发明实施例中，该前馈功放电路由2个环路组成：环路1包括：3dB电桥11、第一矢量调制器12、Doherty功放13、第一耦合器14、第二耦合器15、第一延时线16。具体工作过程详述如下：输入的射频信号，经3dB电桥11后被分为两个互为等幅且具有90°相位差的纯净的射频RF支路信号：其中一路纯净的射频信号经过上分支路后通过第一矢量调制器12，第一矢量调制器12调整该射频支路信号的幅度和相位，再通过Doherty功放13对所述调整幅度和相位后的射频支路信号进行功率放大，产生放大后的由纯净的射频信号和互调误差信号组成的带失真的、非线性的射频信号；纯净的RF载波信号经过下分支路后被第一延时线16延时，上分支路输出的非线性失真射频信号通过第一耦合器14与下分支路输出的延时后的纯净的射频信号在第二耦合器15中合成，调节第一矢量调制器12使两支路输出的射频信号获得相等的振幅，180°相位差以及相等的延迟，有效地抵消上分支路生成的射频信号，而提取出由Doherty功放13非线性放大所产生的互调误差信号。环路2包括：第二延时线21、第三耦合器22、第二矢量调制器23、误差功放24，也有两条分支支路：上分支路将Doherty功放13输出的非线性失真射频信号延时后送入第三耦合器22，下分支路将环路1提取出的互调误差信号经第二矢量调制器23调整幅度和相位后也送入第三耦合器22，调节第二矢量调制器23，直到第三耦合器22输出的射频信号中互调误差信号最小。
其中Doherty功放13的结构如图2所示，包括：第一3dB电桥131、峰值功放132、第一90°移相模块133、第二90°移相模块134、载波功放135、阻抗变换模块136。具体工作过程详述如下：第一3dB电桥131将输入的射频信号分为两个互为等幅且具有90°相位差的纯净的射频支路信号，其中，上分支路信号经峰值功放132对支路信号中的峰值信号进行放大，并确保峰值信号的完整性，输出放大后的射频峰值信号至第一90°移相模块133，移相90°后与下分支路输出的信号合成，其中下分支路信号先通过第二90°移相模块134移相90°，再通过载波功放放大射频信号中的载波信号，放大后的载波信号与上分支路输出的放大的峰值信号合成，并经阻抗变换模块136变换成阻抗为50欧姆的放大后的射频信号，在前馈功放电路中采用该Doherty功放13可以极大地提高功放的效率。
作为本发明的一个优选实施例，在该前馈功放电路中还包括模拟预失真模块，其中模拟预失真模块的结构如图3所示，包括：第一3dB电桥31、延时线32、3阶和5阶失真信号产生模块33、矢量调制器34、第二3dB电桥35。具体工作过程详述如下：第一3dB电桥31将输入的射频信号分为两个互为等幅且具有90°相位差的纯净的射频支路信号，其中，上分支路信号经延时线32延时后送入第二3dB电桥35，下分支路信号经3阶和5阶失真信号产生模块33对下分支路信号进行衰减，放大以及延时处理产生3阶和5阶失真射频信号，通过矢量调制器34进行调幅和调相处理后，送入第二3dB电桥35，第二3dB电桥35将从上、下两支路输入的信号进行叠加，生成具有预失真分量的混合射频信号，通过模拟预失真模块可以有效降低前馈功放电路中的误差功放24的工作电流，提高Doherty功放13的线性度。
图3是本发明实施例提供的前馈功放电路进行功率放大的方法，详述如下：
在步骤301中，3dB电桥将输入的射频信号分为两个互为等幅且具有90°相位差的纯净的射频上分支路信号和射频下分支路信号。
在步骤302中，第一矢量调制器对所述射频上分支路信号进行幅度和相位调整。
在步骤303中，Doherty功放对幅度和相位调整后的射频上分支路信号进行功率放大，生成带失真的非线性射频信号。
作为本发明的一个实施例，Doherty功放的第一3dB电桥将输入的射频信号分为两个互为等幅且具有90°相位差的纯净的射频支路信号，其中，上分支路信号经峰值功放对支路信号中的峰值信号进行放大，并确保峰值信号的完整性，输出放大后的射频峰值信号至第一90°移相模块，移相90°后与下分支路输出的信号合成，其中下分支路信号先通过第二90°移相模块移相90°，再通过载波功放放大射频信号中的载波信号，放大后的载波信号与上分支路输出的放大的峰值信号合成，并经阻抗变换模块变换成阻抗为50欧姆的放大后的射频信号，该Doherty功放可以极大地提高功放的效率。
作为本发明的一个优选实施例，在对射频信号通过Doherty功放进行功率放大之前，还包括通过模拟预失真模块对调幅和调相后的射频信号进行预失真处理，以增强功放的线性度。具体工作过程详述如下：模拟预失真模块中的第一3dB电桥将输入的射频信号分为两个互为等幅且具有90°相位差的纯净的射频支路信号，其中，上分支路信号经延时线延时后送入第二3dB电桥，下分支路信号经3阶和5阶失真信号产生模块对下分支路信号进行衰减，放大以及延时处理产生3阶和5阶失真射频信号，通过矢量调制器进行调幅和调相处理后，送入第二3dB电桥，第二3dB电桥将从上、下两支路输入的信号进行叠加，生成具有预失真分量的混合射频信号，通过模拟预失真模块可以有效降低前馈功放电路中的误差功放的工作电流，提高Doherty功放的线性度。
在步骤304中，第一耦合器将所述带失真的非线性射频信号分成上、下两个支路信号，下分支路信号传输至第二耦合器，与通过第一延时线延时后的射频下分支路信号通过第二耦合器混合，输出交互误差信号，上分支路信号输出至第二延时线进行延时后，输出至第三耦合器。
在步骤305中，第二矢量调制器调整所述交互误差信号的幅度和相位。
在步骤306中，误差功放对调整幅度和相位后的交互误差信号进行功率放大并将其输出至第三耦合器。
在步骤307中，第三耦合器将接收的信号进行合成，生成去除失真信号的纯净的线性射频信号。
在本发明实施例中，通过Doherty功放极大地提高了功放效率，与传统的前馈功放电路相比，该发明能够保持较高的功放效率，并且通过预失真模块有效地提高了功放的线性度，从而减低系统能源消耗，满足营运商的绿色环保要求，采用本发明提供的方法可以将前馈功放的效率提高到20％以上，和相同信号的前馈功放相比，该发明可以提高5％以上的功放效率。本发明主要可以应用于各类直放站及室内覆盖系统，包括CDMA2000-EVDO、WCDMA各系列宽带、光纤、移频直放站，WCDMA、CDMA2000-EVDO等3G系列以及未来的4G直放站，室内覆盖用各类干线放大器、双向塔顶放大器等，用于多载波基站放大器、双向塔防里面的大功率放大，还可以应用与其他通讯类设备，特别是峰均比高、线性要求高、效率要求高的环境，比如CMMB数字广播电视的直放站、发射机。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种前馈功放电路，包括：3dB电桥，与所述3dB电桥连接的第一矢量调制器以及与所述3dB电桥依次顺序连接的第二延时线、第二耦合器、第二矢量调制器、误差功放，其特征在于，所述前馈功放电路还包括：
Doherty功放，与所述第一矢量调制器连接，用于对射频信号进行功率放大；
与所述Doherty功放依次顺序连接的第一耦合器、第一延时线、第三耦合器；
所述误差功放与所述第三耦合器的输入端连接，所述第一耦合器的输出端与所述第二耦合器的输入端连接。
2.如权利要求1所述的前馈功放电路，其特征在于，所述前馈功放电路还包括：
模拟预失真模块，与所述第一矢量调制器和所述Doherty功放分别连接，用于对所述第一矢量调制器输出的射频信号进行预失真处理，生成具有预失真分量的混合射频信号。
3.如权利要求1所述的前馈功放电路，其特征在于，所述Doherty功放包括：第一3dB电桥，与所述第一3dB电桥依次顺序连接的峰值功放、第一90°移相模块以及与所述3dB电桥依次顺序连接的第二90°移相模块、载波功放，所述Doherty功放还包括：
与所述第一90°移相模块的输出端和所述载波功放的输出端分别连接的阻抗变换模块，用于将匹配阻抗小于50欧姆的射频信号转换成匹配阻抗为50欧姆的射频信号。
4.如权利要求2所述的前馈功放电路，其特征在于，所述模拟预失真模块包括：
第一3dB电桥和第二3dB电桥；
并联于所述第一3dB电桥和所述第二3dB电桥之间的延时线、3阶和5阶失真信号产生模块，连接在所述3阶和5阶失真信号产生模块和所述第二3dB电桥之间的矢量调制器；
所述3阶和5阶失真射频信号产生模块，用于对输入的射频信号进行衰减，放大以及延时处理生成3阶和5阶失真射频信号。
5.一种射频直放站，其特征在于，所述射频直放站包括权利要求1至4任一项所述的前馈功放电路。
6.一种基站放大器，其特征在于，所述基站放大器包括权利要求1至4任一项所述的前馈功放电路。
7.一种基站，其特征在于，所述基站包括权利要求1至4任一项所述的前馈功放电路。
8.一种利用如权利要求1至4任一项所述的前馈功放电路实现功率放大的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
3dB电桥将输入的射频信号分为两个互为等幅且具有90°相位差的纯净的射频上分支路信号和射频下分支路信号；
第一矢量调制器对所述射频上分支路信号进行幅度和相位调整；
Doherty功放对幅度和相位调整后的射频上分支路信号进行功率放大，生成带失真的非线性射频信号；
第一耦合器将所述带失真的非线性射频信号分成上、下两个支路信号，下分支路信号传输至第二耦合器，与通过第一延时线延时后的射频下分支路信号通过第二耦合器混合，输出交互误差信号；上分支路信号输出至第二延时线进行延时后，输出至第三耦合器；
第二矢量调制器调整所述交互误差信号的幅度和相位；
误差功放对调整幅度和相位后的交互误差信号进行功率放大并输出至第三耦合器；
所述第三耦合器将接收的信号进行合成，生成纯净的线性射频信号。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述Doherty功放对幅度和相位调整后的射频上分支路信号进行功率放大，生成带失真的非线性射频信号的步骤具体为：
第一3dB电桥将输入的射频信号分为上分支路和下分支路两个互为等幅且具有90°相位差的纯净的射频支路信号；
上分支路信号中的峰值信号通过峰值功放进行功率放大后，通过第一90°移相模块移相90°输出至阻抗变换模块；
下分支路信号通过第二90°移相模块移相90°后，通过载波功放放大射频信号中的载波信号，放大后的载波信号输出至阻抗变换模块；
阻抗变换模块将接收到的匹配阻抗小于50欧姆的射频信号转换成匹配阻抗为50欧姆的射频信号。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述Doherty功放对幅度和相位调整后的射频上分支路信号进行功率放大，生成带失真的非线性射频信号的步骤之前，所述方法还包括下述步骤：
通过模拟预失真模块对幅度和相位调整后的射频上分支路信号进行预失真处理。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述通过模拟预失真模块对幅度和相位调整后的射频上分支路信号进行预失真处理的步骤具体为：
第一3dB电桥将输入的射频信号分为上分支路和下分支路两个互为等幅且具有90°相位差的纯净的射频支路信号；
上分支路信号经延时线进行延时后送入第二3dB电桥；
下分支路信号经3阶和5阶失真信号产生模块产生3阶和5阶失真射频信号，再通过矢量调制器进行调幅和调相后送入第二3dB电桥；
所述第二3dB电桥将输入的信号进行叠加，生成具有预失真分量的混合射频信号。
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