CN103219957B - 带数字预失真补偿及合路对消功能的功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带数字预失真补偿及合路对消功能的功率放大器，其包括：数字预失真单元电路、中频电路、小信号放大电路、第一功分器、驱动放大电路、参考信号调节电路、末级放大电路、第一合路器、反馈检测电路以及信号处理与控制电路。本功率放大器由于增加了数字预失真单元电路，同时本功率放大器由于末级放大电路的两路输出能够产生自对消，相对于传统的数字预失真加Doherty电路能够得到更高的效率和更好的线性，功放的效率可达45-52%,本发明的同时具备线性指标好、效率指标高、实现硬件成本低的优点，同时又能做到功放工作可靠、稳定。
Description
技术领域
本发明涉及功率放大器，尤其涉及一种带数字预失真补偿及合路对消功能的功率放大器。
背景技术
当前数字预失真技术在无线通信基站系统被广泛应用，然而数字预失真受到功放饱和功率的限制，在功放回退由足够的值的情况才能取得较好的线性补偿效果，同时数字预失真的补偿也有一定的限制，并不能够将功放产生的失真全部补偿回来，因此如果能够在数字预失真补偿的基础上进一步提高补偿能力，使得功放在回退更少，特别是小于信号峰均比的条件下也能够获得较好的线性是个值得讨论的课题，功放的回退越少相对来说可以获得的效率就越高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带数字预失真补偿及合路对消功能的功率放大器，该放大器能实现对移动通信频段的射频信号的高效率和高线性放大。
本发明为实现发明目的所采用的技术方案是：
提供一种带数字预失真补偿及合路对消功能的功率放大器，包括依次连接的中频电路、小信号放大电路、第一功分器、驱动放大电路、末级放大电路和合路器，其中：
该功率放大器还包括参考信号调节电路，所述参考信号调节电路的一个输入端连接所述第一功分器的一个输出端，所述参考信号调节电路的输出端连接所述末级放大电路的一个输入端，所述末级放大电路包括多路末级放大器；所述末级放大电路从其中的一路末级放大器耦合出一部分信号，将该一部分信号与所述参考信号调节电路输出的无失真信号进行相减得到误差信号，再将误差信号进行调幅和调相后注入到其它的末级放大器，各路末级放大器的输出端与所述合路器连接，在所述合路器处进行误差信号的相互抵消；
该功率放大器还包括数字预失真单元电路、反馈检测电路和信号处理与控制电路；
所述数字预失真单元电路的输入端接入主信号，所述数字预失真单元电路的一个输出端连接所述中频电路的输入端；
所述反馈检测电路的输入端与所述合路器的一个输出端连接，将所述合路器的输出端耦合出来的信号转换成基带数据，所述反馈检测电路的输出端连接所述数字预失真单元电路的另一个输入端；
所述数字预失真单元电路根据所述反馈检测电路输出端的信号计算功放的失真，并产生反向失真信号；
所述信号处理与控制电路的输入端与所述数字预失真单元电路的一个输出端连接，所述信号处理与控制电路的一个输出端与所述参考信号调节电路的另一个输入端连接，所述信号处理与控制电路的另一个输出端与所述末级放大电路的另一个输入端连接。
本发明所述的带数字预失真补偿及合路对消功能的功率放大器中，该功率放大器还包括削峰单元电路，所述削峰单元电路的输入端连接主信号，将主信号的峰均比削降到预设值以下；所述数字预失真单元电路的一个输入端连接所述削峰单元电路的输出端，通过所述数字预失真单元电路接入经削峰的主信号。
本发明所述的带数字预失真补偿及合路对消功能的功率放大器中，所述合路器两个输入端的信号中的误差信号幅度相等相位相反。
本发明所述的带数字预失真补偿及合路对消功能的功率放大器中，所述合路器两个输入端的主信号的相位相同，幅度之比为1:1或者1：N。
本发明产生的有益效果是：本发明的功率放大器由于增加了数字预失真单元电路，同时末级放大电路的两路输出能够产生误差信号的自对消，相对于传统的数字预失真加Doherty电路能够得到更高的效率和更好的线性，功放的效率可达45-52%,本发明的同时具备线性指标好、效率指标高、实现硬件成本低的优点，同时又能做到功放工作可靠、稳定。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例带数字预失真补偿及合路对消功能的功率放大器电路原理框图 ；
图2是本发明实施例中末级放大电路的结构示意图一；
图3是本发明实施例中末级放大电路的结构示意图二；
图4是本发明实施例中末级延时与放大电路的结构示意图一；
图5是本发明实施例中末级延时与放大电路的结构示意图二；
图6是本发明实施例参考信号调节电路的结构示意图；
图7是本发明实施例中末级放大器的结构示意图一；
图8是本发明实施例中末级放大器的结构示意图二；
图9是本发明实施例中末级放大器的结构示意图三。
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。
如图1所示，本发明实施例带数字预失真补偿及合路对消功能的功率放大器，包括依次连接的中频电路3、小信号放大电路4、第一功分器5、驱动放大电路6、末级放大电路8和合路器9。即中频电路3的输出端A6连接小信号放大电路 4的输入端A7，小信号放大电路4的输出端A8连接第一功分器5的输入端A9；第一功分器5的一输出端A10连接驱动放大电路6的输入端A11，驱动放大电路6的输出端A12连接末级放大电路8的主信号输入端A13；
该功率放大器还包括参考信号调节电路7，参考信号调节电路7的一个输入端B2连接第一功分器5的一个输出端B1，参考信号调节电路7的输出端B4连接到末级放大电路8的参考信号输入端B5。末级放大电路8包括多路末级放大器；末级放大电路8从其中的一路末级放大器耦合出一部分信号，将该一部分信号与参考信号调节电路7输出的无失真信号进行相减得到误差信号，再将误差信号进行调幅和调相后注入到其它的末级放大器，各路末级放大器的输出端与合路器9连接，在合路器9处进行误差信号的相互抵消。
该功率放大器还包括数字预失真单元电路2、反馈检测电路10和信号处理与控制电路11；
数字预失真单元电路2的输入端A3接入主信号，数字预失真单元电路2的一个输出端A4连接中频电路3的输入端A5；
反馈检测电路10的输入端C8与合路器9的一个输出端连接，将合路器9的输出端耦合出来的信号转换成基带数据，反馈检测电路10的输出端连接数字预失真单元电路2的另一个输入端；
数字预失真单元电路2根据反馈检测电路10输出端C7输出的信号计算功放的失真，并产生反向失真信号；
信号处理与控制电路11的输入端C3与数字预失真单元电路2的一个输出端C1(即控制端)连接，信号处理与控制电路11的一个输出端C4与参考信号调节电路7的另一个输入端B3连接，信号处理与控制电路11的另一个输出端C5与末级放大电路8的另一个输入端C6(即控制端)连接。
本发明的一个实施例中，该功率放大器还包括削峰单元电路1，削峰单元电路1的输入端A1连接主信号，将主信号的峰均比削降到预设值以下，以提高功放效率；数字预失真单元电路2的一个输入端A3连接削峰单元电路1的输出端A2，通过削峰单元电路1接入经削峰的主信号。
为了实现误差信号的消除，合路器9两个输入端的信号中的误差信号幅度相等相位相反。
本发明实施例中，合路器9两个输入端的主信号的相位相同，幅度之比为1:1或者1：N。
本发明的工作方式是，被放大的射频信号即主信号输入到削峰单元电路1，削峰单元电路1实现对信号的削峰，具体削峰到多少根据实际应用情况而定，信号削峰后被送入数字预失真单元电路2进行数字预失真，然后被中频电路3转换成模拟信号并混频到射频电路，由小信号放大电路4进行放大，然后输入到第一功分器5，第一功分器5将被放大的信号分成两路，其中一路信号进入后面的放大电路，另一路信号作为没有失真的干净信号输入到参考信号调节电路7，驱动放大电路6的输出连接到末级放大电路8，经参考信号调节电路7输出的参考信号也输入到末级放大电路8，末级放大电路8由N路末级放大器构成，其中N大于等于2，末级放大电路8的最终的两路输出信号中的误差信号在合路器9处进行合路对消，合路对消的两路误差信号具有幅度相等相位相差180°的特点。反馈检测电路10将从合路器9输出端耦合过来的信号采样到基带，并将基带信号输入到数字预失真单元电路2，由数字预失真单元电路2进行预失真系数的计算，根据计算结果来调整预失真系数，使得功放得到较好的线性。本功率放大器在末级放大电路进行了误差信号的自对消并取得了较好线性的条件下，又通过数字预失真单元电路2对本功放进行二次线性化，两次线性化的结果进行叠加从而使本功放取得了良好的线性效果。
如图2所示，为本发明实施例的末级放大电路8的原理框图一，其通过三路末级放大电路进行两次对消，以更好地消除误差信号。末级放大电路8包括：第二功分器15，第一末级放大器16，第一耦合器17，第一延时器18，减法器19，第三功分器20，第一误差信号调节电路21，第二误差信号调节电路22，第四功分器23，第一末级延时与放大电路25，第二末级延时与放大电路24和第一合路器26。从参考信号调节电路7中输出的经调幅和调相的无失真主信号输入到减法器19中与从第一耦合器17中输出信号相减得到误差信号，从第一耦合器17中输出信号含有误差信号和主信号。信号处理与控制电路11的输出信号可控制第一误差信号调节电路21和第二误差信号调节电路22进行调幅和调相。从第三功分器20输出的两路误差信号经第一误差信号调节电路21和第二误差信号调节电路22分别进行调幅和调相并输入到第一末级延时与放大电路25，第二末级延时与放大电路24中，第一末级放大器16输出的信号和第二末级延时与放大电路24输出的信号在第一合路器26处进行误差信号的第一次抵消。经第一次抵消后的信号再在合路器9处与第一末级延时与放大电路25输出的信号进行误差信号的第二次抵消。
如图3所示，为本发明实施例的末级放大电路8的原理框图二，其通过两路末级放大电路进行一次对消，以消除误差信号。该实施例中末级放大电路8包括第二功分器27、第一末级放大器28、耦合器29、延时器30、减法器31、误差信号调节电路32和末级延时与放大电路33。从第二功分器27的输出端输出的信号在第一末级放大器28进行放大，同时会产生失真信号，被放大的信号和失真信号从第一末级放大器28的输出端输出到耦合器29的输入端，然后从耦合器29的耦合端输出到减法器31的一个输入端，与从参考信号调节电路7中输出到减法器31的经调幅和调相的无失真主信号相减得到误差信号；误差信号调节电路32与信号处理与控制电路11的输出端C5连接，在其控制下误差信号调节电路32对减法器31输出的误差信号进行幅度和相位的调节，然后输出到末级延时与放大电路33的耦合端，再经末级延时与放大电路33延时和放大后输出到合路器9的输入端B7，与延时器30输出的信号进行误差信号的抵消。
第一末级延时与放大电路25、第二末级延时与放大电路24以及末级延时与放大电路33具体结构如图4和图5所示，包括第二延时器34、第二末级放大器35和第二耦合器36。其有两种实现方式，其中，实现方式之一如图4所示，第二耦合器36的输出端连接第二末级放大器35的输入端，第二末级放大器35的输出端连接第二延时器34的输入端。实现方式之二如图5所示，第二延时器34的输出端连接第二末级放大器35的输入端，第二末级放大器35的输出端连接第二耦合器36的输入端。
如图6所示为本发明中的参考信号调节电路7的原理框图，参考信号调节电路7包括第一调幅器、第一调相器、第四延时线和第一预放大器。
从第一功分器5的输出端B1输出的主信号输入到第一调幅器的输入端进行调幅，第一调幅器的输出端连接到第一调相器的输入端，第一调相器对输入的信号进行调相，第一调相器的输出端连接到第四延时线的输入端，第三延时线对输入的信号进行时延，第三延时线的输出端连接到第一预放大器的输入端，第一预放大器对输入的信号进行放大，并通过输出端输出被放大的信号。其中信号处理与控制电路11的输出信号控制第一调幅器和第一调相器。
如图7、8、9所示，为第一末级放大器16、第二末级放大器28或第三末级放大器35的三种实施例的结构示意图。图7中，第一末级放大器16、第二末级放大器28或第三末级放大器35包括并联的两个放大器，其并联的一端连接功分器，另一端连接合路器；图8中，第一末级放大器16、第二末级放大器28或第三末级放大器35并联的三个放大器，其并联的一端连接功分器，另一端连接合路器；图9中，第一末级放大器16、第二末级放大器28或第三末级放大器35包括并联四个放大器，其并联的一端连接功分器，另一端连接合路器。可以理解的是第一末级放大器16、第二末级放大器28或第三末级放大器35中可以包含N个并联的放大器，N为自然数。
本发明在输入信号峰均比为10dB的条件下功放整机效率可达45-52%以上，同时自适应性好，在各种温度条件下能够保持良好的效率和线性，具体效率与被放大信号的峰均比以及功放的输出功率相关，由于增加了对消功能，同一功放在放大相同的信号条件下，回退需要更少，从而可以取得更好的效率。功放在有效工作带宽为40MHz，信号的载波在20MHz工作带宽内可任意配置，对于GSM信号最多12载波的高线性放大，这种条件下IM3(三阶互调)可达-65dBc以上。本发明可广泛应用于窄带移动通信系统基站功率放大器。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种带数字预失真补偿及合路对消功能的功率放大器，包括依次连接的中频电路（3）、小信号放大电路（4）、第一功分器（5）、驱动放大电路（6）、末级放大电路（8）和合路器（9），其特征在于：
该功率放大器还包括参考信号调节电路（7），所述参考信号调节电路（7）的一个输入端连接所述第一功分器（5）的一个输出端，所述参考信号调节电路（7）的输出端连接所述末级放大电路（8）的一个输入端，所述末级放大电路（8）包括多路末级放大器；所述末级放大电路（8）从其中的一路末级放大器耦合出一部分信号，将该一部分信号与所述参考信号调节电路（7）输出的无失真信号进行相减得到误差信号，再将误差信号进行调幅和调相后注入到其它的末级放大器，各路末级放大器的输出端与所述合路器（9）连接，在所述合路器（9）处进行误差信号的相互抵消；
该功率放大器还包括数字预失真单元电路（2）、反馈检测电路（10）和信号处理与控制电路（11）；
所述数字预失真单元电路（2）的一个输入端接入主信号，所述数字预失真单元电路（2）的一个输出端连接所述中频电路（3）的输入端；
所述反馈检测电路（10）的输入端与所述合路器（9）的一个输出端连接，将所述合路器（9）的输出端耦合出来的信号转换成基带数据，所述反馈检测电路（10）的输出端连接所述数字预失真单元电路（2）的另一个输入端；
所述数字预失真单元电路（2）根据所述反馈检测电路（10）输出端的信号计算功放的失真，并产生反向失真信号；
所述信号处理与控制电路（11）的输入端与所述数字预失真单元电路（2）的一个输出端连接，所述信号处理与控制电路（11）的一个输出端与所述参考信号调节电路（7）的另一个输入端连接，所述信号处理与控制电路（11）的另一个输出端与所述末级放大电路（8）的另一个输入端连接。
2.根据权利要求1所述的带数字预失真补偿及合路对消功能的功率放大器，其特征在于，该功率放大器还包括削峰单元电路（1），所述削峰单元电路（1）的输入端连接主信号，将主信号的峰均比削降到预设值以下；所述数字预失真单元电路（2）的一个输入端连接所述削峰单元电路（1）的输出端，通过所述数字预失真单元电路（2）接入经削峰的主信号。
3.根据权利要求1所述的带数字预失真补偿及合路对消功能的功率放大器，其特征在于，所述合路器（9）的两个输入端的信号中的误差信号幅度相等相位相反。
4.根据权利要求2所述的带数字预失真补偿及合路对消功能的功率放大器，其特征在于，所述合路器（9）的两个输入端的主信号的相位相同，幅度之比为1:1或者1：N，其中N大于等于2。
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