CN102160281A - 按电桥布局的、每个电桥臂具有一个均衡器级的预矫正线性化器 - Google Patents

按电桥布局的、每个电桥臂具有一个均衡器级的预矫正线性化器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用电桥布局的用于功率放大器的预矫正线性化器，具有这样的优点，在线性桥臂和非线性桥臂(分别是7和8)设置均衡器级(分别是4和5)。所述均衡器级用于补偿电桥的复式放大的频率特性。均衡器在线性桥臂和非线性桥臂中加入可调的传递函数，从而线性化器能补偿功率放大器的单独的非线性频率特性，在一个生产批次内所述频率响应是不同的。

Description

按电桥布局的、每个电桥臂具有一个均衡器级的预矫正线性化器
技术领域
本发明涉及一种采用电桥布局的用于功率放大器的预矫正线性化器。
背景技术
航天设备的信息技术工作负载应在装置质量尽可能小的情况下能够传输大的信息量。因为新型的高效调制方法和多载波方法越来越多地要求大的带宽，宽带的线性化器是对于载波频率和各种不同的调制方法透明的发送单元的重要模块。
功率放大器具有非线性的特性，这种特性在一个批次中表现得不同并在很大程度上取决于频率。根据目前的现有技术的线性化电桥只允许针对一部分工作频率对其非线性补偿进行适配调整，相反对于可用频带内的其余的频率，这种线性化并不对应于要求的变化曲线。
所述线性化电桥基于线性的(即与功率无关的)信号和非线性的(即失真的)信号的矢量叠加。两个桥臂的信号的矢量分配和叠加例如在电路的输入端或输出端处的90°混合接头中进行。
在非线性桥臂中，信号首先通过失真发生器。随着信号功率的增加，失真发生器输出端上的信号在幅值和相位上偏离小信号特性。这里在多数情况下幅值和相位都受到压缩。利用可调的移相器，例如在线性的桥臂中或在两个桥臂中，可以在小信号输出控制时调整成在线性的和非线性的桥臂之间的要求的相对相位移。
在非线性的桥臂中或在两个桥臂中，可调的衰减器允许对非线性和线性的桥臂之间的相对衰减进行调整。
在几十GHz范围内的频率下，功率放大器的非线性特性明显地取决于频率。线性化电桥内的寄生效应使得对线性化电路的频率特性的控制变得困难。原则上只能在有限的频率范围内实现到希望特性的调整。
在DE 19528844C1中公开了一种“用于在不同的功率水平下对行波管和半导体放大器的放大特性和功率特性进行线性化的方法和装置”。这里将信号分配到两个不同的桥臂上并重新合并成一个输出信号，其中，将信号分配到两个非线性的具有压缩放大特性的子网络上，并通过在两个门电路上与信号水平相对应不同的反射率产生分信号的增益压缩或增益放大。这里非线性的增益放大的信号和增益压缩的信号利用叠加的网络合并成输出信号。
同样还已知一种用于补偿数字传输系统中的失真的“具有分布式修正的无线电广播传输系统”(DE 600 06 102 T2)。这里，提供一种带有一个信号通道的传输系统，其中多个位于信号通道中的部件的第一部件使信息信号发生非线性的畸变(失真)位移，而包括第三部件和第四部件的另外多个部件用于调制信息信号，以便按与多个第一部件相反的顺序对畸变/失真进行补偿。这里第一部件具有功率放大器，第二部件具有预失真滤波器，第三部件具有非线性调节器，以及第三部件具有线性校正器，第五部件包括滤波器，而第六部件包括第二线性校正器。
发明内容
相反，本发明按照独立权利要求的特征具有这样的优点，即，在线性和非线性的桥臂中都设置均衡器级(equalizerstufe)。所述均衡器级用于校准电桥的复式放大的频率特性/频率响应(Frequenzgang)。向线性和非线性的桥臂中的均衡器级加入了一种精确限定的幅值及相位特性，所述特性补偿例如通过杂散电容和连接电感(
Figure BPA00001328777600021
)产生的寄生效应并在线性化电路的输出上的幅值和相位方面宽带地实现希望的放大。
均衡器还向线性和非线性桥臂中添加可调的传输功能，从而线性化器能补偿功率放大器的单独的、在一个制造批次内变化的非线性的频率特性。这样，例如可以在幅值放大恒定时对在频率上(随频率)增加的相位放大进行调整。但同样例如也可以在相位压缩逐渐增加的同时，实现在频率上增加的幅值放大。所述均衡器级由此允许精确地将电桥校准至功率放大器的特性。
根据本发明的一个优选实施方式，均衡器级可以实现为无源电路，也可以可调地用有源器件，例如二极管和晶体管来实现。
均衡器组件在根据本发明的所述实施方式中对于实现大的可用带宽是非常重要的，所述可用带宽由于成本原因以及在航天领域由于重量和冗余度上的原因是期望的。
附图说明
本发明的其他优点和有利的设计方案能够根据下面的说明、附图和各权利要求得出。
其中：
图1示出根据现有技术的线性化电桥的线路框图。
图2示出根据现有技术的信号矢量的叠加。
图3示出根据现有技术的传递函数按数值和相位的等高(值)线。
图4示出根据现有技术的线性化器的作为输入功率的函数的传递函数的值。
图5示出根据现有技术的线性化器的作为输入功率的函数的传递函数的相位。
图6示出根据本发明的线性化电桥的线路框图。
图7示出在最大输入功率下线性化电桥的幅值和相位放大的频率特性。
图8示出根据本发明按对称设计的线性化电桥的线路框图。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术的线性化电桥的线路框图，该线性化电桥具有在输入端的90°混合接头1、移相器2以及在电路输出端的90°混合接头9。这里进行线性的(即功率相关的)信号的矢量叠加。此外，在非线性的(即失真导致的)信号中间连接失真发生器3以及衰减器6。
这里，在非线性的桥臂中，信号首先通过失真发生器3。随着信号功率的增加，这里，信号在失真发生器输出端上在幅值和相位上偏离于小信号特性。此时幅值受到至少一次压缩，如图1所示的那样。利用线性桥臂中的可调移相器2可以在小信号输出控制中达到两个桥臂之间必需的运行时间差。
在非线性桥臂中，可调衰减器6允许通过控制电流来调整非线性和线性桥臂之间的相对衰减。
图2中示出了来自线性和非线性桥臂的信号矢量的叠加。a_out表示输出信号。该附图将矢量长度标准化为线性桥臂中的信号。在该实施例中，与线性桥臂中的信号相比，非线性桥臂中的信号在数值上随着输入功率的增加而减小，相位沿顺时针方向旋转，就是说，非线性元件导致幅值和相位的压缩。由此与小信号运行相比，线性化电路输出信号的值和相位增加。
在图3中按数值和相位示出了线性化电路输出信号的直射波衰减
Figure BPA00001328777600041
和相位移的等值线/等高线。在最小输入功率和最大输入功率时的终点用交叉符号标出。这里符号+表示以最小输入功率运行，而符号X表示以最大输入功率运行。
图3示出，随着功率的变化，等高线区域被穿过，从而得到在图4和5中按数值和相位示出的放大曲线。这里在图4中线性化电路的传递函数的数值作为输入功率的函数示出。
图5作为输入功率的函数示出了线性化电路的传递函数。
图6示出了根据本发明的一个实施方式的线性化电桥的线路框图，它在线性和非线性桥臂中具有附加的均衡器级。均衡器级对于线性化电桥的校准具有决定性的重要意义。在线性桥臂和非线性桥臂中，各均衡器4、5分别加入一个关于幅值和相位的频率特性。由此可以在两个桥臂中实现复变传递函数，所述复变传递函数导致在幅值和相位方面在线性化电路的输出端上得到希望的放大，并例如有目的地补偿由于杂散电容和连接电感(
Figure BPA00001328777600051
)产生的寄生效应。
图7示出了在GHz范围内的最大输入功率下线性化电桥的幅值和相位放大的频率特性。功率放大器具有与频率相关的压缩特性。常见的KU频带TWT的所需放大特性举例地用直线连同在10.7至12.7的频带范围的容纳范围标出。
均衡器4、5在线性和非线性的桥臂的传递特性中加入一种可调的频率特性，从而线性化电路例如如图7中所示具有恒定的幅值放大以及在频率上增加的相位放大。均衡器4、5由此将电桥精确地调整为功率放大器的特性。均衡器4、5既可以作为无源电路实现，也可以实现为能利用有源元件、例如二极管和晶体管调整的。
图8示出本发明的另一个实施形式，该实施形式在线性和非线性的桥臂中基本上构造成对称的。移相器2c位于线性分支中，该移相器补偿由于失真发生器带来的运行时间。在线性和非线性的桥臂中各有一个衰减器6a和6b和各有一个移相器2a和2b构成差分移相器或差分衰减器。通过所述对称结构，信号经历类似的运行时间延迟。
所有在说明书、后附的各权利要求和附图中示出的特征既可以单独构成本发明的重要内容，也可以相互任意组合地成为本发明的重要内容。
附图标记
1    90°混合接头
2    移相器
2a   移相器a，对称实施例
2b   移相器b，对称实施例
2c   移相器c，对称实施例
3    失真发生器
4    第一均衡器
5    第二均衡器
6    衰减器
6a   衰减器a，对称实施例
6b   衰减器b，对称实施例
7    线性桥臂
8    非线性桥臂
9    90°混合接头
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种按电桥式布局的、用于对宽带的功率放大器进行线性化的预矫正线性化器，在线性桥臂中具有移相器，在非线性桥臂中具有失真发生器和衰减器，其特征在于，该线性化器在所述线性桥臂以及所述非线性桥臂中分别具有一个均衡器级(4；5)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述线性化器在所述线性桥臂中具有一个移相器(2)，而在所述非线性桥臂中具有一个衰减器(6)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述均衡器级(4；5)校准线性化器电桥。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过所述均衡器级(4；5)在线性区域以及非线性区域中分别导入一种频率特性。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述均衡器级(4；5)向线性桥臂以及非线性桥臂中分别导入一种与频率相关的复变传递函数。
6.根据权利要求1、4和5中任一项权利要求所述的装置，其特征在于，该装置能够补偿由于寄生效应导致的频率特性。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，通过如失真发生器、移相器和衰减器的所有电桥部件的与频率相关的特性产生寄生效应。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置能够补偿通过杂散电容和连接电感导致的寄生效应。
9.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述均衡器级(4；5)导致在频率上具有恒定的、下降或升高的幅值放大和/或下降或升高的相位放大。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述均衡器(4；5)允许幅值放大和相位放大的频率特性类型的对于线性化必需的组合。
11.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述均衡器级(4；5)设计成无源电路。
12.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述均衡器级(4；5)可调整地设计成如二极管或晶体管的有源元件。
13.一种用于通过权利要求1的装置校准线性化器电桥的方法，其特征在于，通过附加的均衡器级(4；5)在线性桥臂(7)和非线性桥臂(8)中分别加入幅值和相位方面的频率特性。
14.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，利用该方法实现将线性化器电桥校准到功率放大器的特性。
15.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法通过无源电路执行。
16.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法可调整地通过如二极管和/或晶体管的有源元件执行。

Claims (15)

  1. 一种按电桥式布局的、用于对功率放大器进行线性化的线性化器，其特征在于，该线性化器具有至少一个附加的均衡器级(4、5)。
  2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述线性化器在线性桥臂和非线性桥臂中分别具有一个衰减器(6、6a、6b)和/或所述线性化器在线性桥臂和非线性桥臂中分别具有一个移相器。
  3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述线性化器在线性桥臂和/或非线性桥臂中具有一个附加的均衡器级(4、5)。
  4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述均衡器级(4、5)校准线性化器电桥。
  5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过所述均衡器级(4、5)在线性区域以及非线性区域中分别导入一种频率特性。
  6. 根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于，通过所述均衡器级(4、5)能够在线性桥臂以及非线性桥臂中分别导入一种频率相关的复变传递函数。
  7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置能够补偿由于寄生效应导致的频率特性。
  8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，通过如失真发生器、移相器和衰减器的所有电桥部件的与频率相关的特性来形成寄生效应；和/或通过杂散电容导致寄生效应；和/或通过连接电感导致寄生效应。
  9. 根据上述权利要求中任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述均衡器级(4、5)导致在频率上具有恒定的、下降或升高的幅值放大和/或下降或升高的相位放大。
  10. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述均衡器(4、5)允许幅值放大和相位放大的频率特性类型的任意组合。
  11. 根据上述权利要求中任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述均衡器级(4、5)设计成无源电路，或者所述均衡器级(4、5)可调整地设计成有源元件，特别是二极管或晶体管。
  12. 一种用于通过权利要求1的装置来校准线性化器电桥的方法，其特征在于，通过附加的均衡器级(4、5)在线性桥臂(7)和非线性桥臂(8)中分别加入幅值和相位方面的频率特性。
  13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，利用该方法实现将线性化器电桥校准到功率放大器的特性。
  14. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法通过无源电路执行。
  15. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法可调整地通过如二极管和/或晶体管的有源元件执行。
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