CN103368504B - 反射式非线性预失真电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够满足毫米波系统强非线性预失真线性化要求的反射式非线性预失真电路。该反射式非线性预失真电路，包括90°电桥，在90°电桥的耦合端口、直通端口上均连接有非线性器件，所述每个非线性器件的正极上均连接有直流偏置控制电路，所述每个直流偏置电路对与之相连的非线性器件独立进行不同的偏置控制。该电路可分别对每个非线性器件进行独立的直流偏置状态的控制，增强了毫米波预失真电路产生的非线性信号的幅度与相位补偿能力，可满足毫米波系统强非线性预失真线性化要求，同时也提高了毫米波预失真电路对所产生的非线性信号幅度扩张与相位扩张程度的控制能力，适合在毫米波线性化技术领域推广应用。

Description

反射式非线性预失真电路

技术领域

本发明涉及毫米波线性化技术领域，具体涉及一种反射式非线性预失真电路。

背景技术

由于现代无线通信系统要求更大的信号容量、更高的信号传输率及更高的通信质量和效率，使得具有更宽工作频带和更高信息容量的毫米波通信系统得以日益关注。在毫米波通信系统中，关键技术瓶颈在于毫米波高功率获取昂贵以及毫米波功率放大器效率低下。在毫米波通信系统中，为达到低系统成本和高效率目的，更大程度地发挥系统末级功率放大器性能，末级功率放大器往往要求工作于强非线性状态，另一方面，为满足系统信息大容量高速率传输要求，系统强非线性特性的线性化要求显得日益迫切。

毫米波频段工作波长短，电路工艺要求高，在微波频段较为成熟的反馈技术、前馈技术等线性化手段难以实施。非线性器件预失真技术具有电路结构简单，可采用常规微波集成电路工艺达到毫米波频段的预失真线性化电路要求，使得当前毫米波非线性器件预失真技术成为了毫米波系统线性化技术研究的热点之一。毫米波预失真线性化技术研究主旨在于非线性预失真信号的产生，研究方法主要有两大类：一种为传输式非线性预失真，即研究传输式的肖特基二极管串/并联结构的预失真信号发生器；一种为反射式非线性预失真，即利用肖特基二极管非线性特性，配合90°电桥叠加原理，实现预失真信号产生。前者由于信号输入/输出端口直接与非线性器件连接，且不同大小信号工作状态下（线性和非线性）非线性器件传输特性差异较大，难以实现匹配要求，在毫米波频段更是如此。对于后者，输入/输出端口驻波为90°电桥驻波，较好地解决了端口匹配问题，但目前出现的反射式非线性预失真信号产生方法难以满足毫米波强非线性线性化要求，难以实现强非线性情况下的幅度失真和相位失真控制和补偿。如何在毫米波频段满足强非线性预失真需求以及提高毫米波强非线性预失真幅度和相位可控性与可调性是目前国内外毫米波线性化技术面临的主要难题。

Hee-YoungJeong等人研究了一种工作于19.8-20.2GHz的反射式模拟预失真线性化电路[“ADesignofK-bandPredistortionLinearizerusingReflectiveSchottkyDiodeforSatelliteTWTAs”，作者：Hee-YoungJeong;Sang-KeunPark;Nam-SikRyu1;Yong-ChaeJeong;In-BokYom;YoungKim;MicrowaveConference,2005European,IEEE,Volume3]，该反射式模拟预失真电路利用3dB微带分支线耦合器连接两路相同偏置肖特基反向二极管对实现的预失真信号产生，通过控制单一的偏置电压实现对预失真信号幅度和相位调节。该电路中，采用单一偏置方案，所产生的预失真信号非线性强度以及幅度和相位控制能力受限，不能满足毫米波系统强非线性预失真线性化要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够满足毫米波系统强非线性预失真线性化要求的反射式非线性预失真电路。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该反射式非线性预失真电路，包括90°电桥，所述90°电桥包括输入端口、输出端口以及至少一个耦合端口、至少一个直通端口，所述90°电桥的输入端口通过第一电容与射频信号输入端相连，所述90°电桥的输出端口通过第二电容与射频信号输出端相连，在90°电桥的耦合端口连接有第一非线性器件，所述第一非线性器件的负极与耦合端口相连，第一非线性器件的正极通过第三电容与接地端相连，在90°电桥的直通端口上连接有第二非线性器件，所述第二非线性器件的负极与直通端口相连，第二非线性器件的正极通过第四电容与接地端相连，所述第一非线性器件的正极上连接有第一直流偏置控制电路，所述第一直流偏置电路对第一非线性器件进行独立的直流偏置状态的控制，所述第二非线性器件的正极上连接有第二直流偏置控制电路，所述第二直流偏置电路对第二非线性器件进行独立的直流偏置状态的控制，所述90°电桥的输入端口连接有用于使第一非线性器件的负极、第二非线性器件的负极接地的接地电路。

进一步的是，所述第一直流偏置控制电路包括一端连接在第一非线性器件正极上的第一射频扼流圈，第一射频扼流圈的另一端通过第一偏置电阻与第一直流偏置电压馈电端相连，并且第一射频扼流圈的该端还通过第五电容与接地端相连；所述第二直流偏置控制电路包括一端连接在第二非线性器件正极上的第二射频扼流圈，第二射频扼流圈的另一端通过第二偏置电阻与第二直流偏置电压馈电端相连，并且第二射频扼流圈的该端还通过第六电容与接地端相连。

进一步的是，所述接地电路包括一端连接在90°电桥输入端口的第三射频扼流圈，第三射频扼流圈的另一端通过第七电容与接地端相连，并且第三射频扼流圈的该端还直接与接地端相连。

进一步的是，所述90°电桥为90°分支线电桥。

进一步的是，所述第一非线性器件、第二非线性器件均为肖特基势垒二极管。

本发明的有益效果：该反射式非线性预失真电路可分别对每个非线性器件进行独立的直流偏置状态的控制，增强了毫米波预失真电路产生的非线性信号的幅度与相位补偿能力，可满足毫米波系统强非线性预失真线性化要求，同时也提高了毫米波预失真电路对所产生的非线性信号幅度扩张与相位扩张程度的控制能力，可以达到精确强非线性幅度和相位补偿，而且该反射式非线性预失真电路结构简单紧凑、易于加工能够方便的应用于毫米波频段，另外，该反射式非线性预失真电路可对不同程度非线性失真特性的毫米波功率放大器进行线性化改善，提高了预失真电路的应用能力。

附图说明

图1是本发明反射式非线性预失真电路的结构示意图；

图2是由本发明反射式非线性预失真电路得到的幅度补偿预失真曲线图；

图3是由本发明反射式非线性预失真电路得到的相位补偿预失真曲线图；

图中标记说明：90°电桥1、输入端口101、输出端口102、耦合端口103、直通端口104、第一电容201、第二电容202、第三电容203、第四电容204、第五电容205、第六电容206、第七电容207、射频信号输入端3、射频信号输出端4、第一线性器件501、第二线性器件502、接地端6、第一射频扼流圈701、第二射频扼流圈702、第一偏置电阻801、第二偏置电阻802、第一直流偏置电压馈电端901、第二直流偏置电压馈电端902。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示，该反射式非线性预失真电路，包括90°电桥1，所述90°电桥1包括输入端口101、输出端口102以及至少一个耦合端口103、至少一个直通端口104，所述90°电桥1的输入端口101通过第一电容201与射频信号输入端3相连，所述90°电桥1的输出端口102通过第二电容202与射频信号输出端4相连，在90°电桥1的耦合端口103连接有第一非线性器件501，所述第一非线性器件501的负极与耦合端口103相连，第一非线性器件501的正极通过第三电容203与接地端6相连，在90°电桥1的直通端口104上连接有第二非线性器件502，所述第二非线性器件502的负极与直通端口104相连，第二非线性器件502的正极通过第四电容204与接地端6相连，所述第一非线性器件501的正极上连接有第一直流偏置控制电路，所述第一直流偏置电路对第一非线性器件501进行独立的直流偏置状态的控制，所述第二非线性器件502的正极上连接有第二直流偏置控制电路，所述第二直流偏置电路对第二非线性器件502进行独立的直流偏置状态的控制，所述90°电桥1的输入端口101连接有用于使第一非线性器件501的负极、第二非线性器件502的负极接地的接地电路。该反射式非线性预失真电路的工作过程如下：射频信号从射频信号输入端3输入并经过第一电容201、90°电桥1的输入端口101分别到达90°电桥1的耦合端口103、直通端口104，到达耦合端口103经第一非线性器件501反射后经过第二电容202由90°电桥1的输出端口102输出，到达直通端口104的信号经第二非线性器件502反射后同样经过第二电容202由90°电桥1的输出端口102输出，连接在耦合端口103的第一非线性器件501利用第三电容203和接地端6相连使第一非线性器件501的正极射频接地，连接在直通端口104的第二非线性器件502利用第四电容204和接地端6相连使第二非线性器件502的正极射频接地，第一非线性器件501的负极、第二非线性器件502的负极均通过接地电路接地，同时接地电路能够阻隔射频信号进入地面，第一直流偏置控制电路能够保证偏置电压源输出的直流信号加载于第一非线性器件501端口并防止射频信号进入偏置电压源，第二直流偏置控制电路能够保证偏置电压源输出的直流信号加载于第二非线性器件502端口并防止射频信号进入偏置电压源，第一电容201和第二电容202能够阻隔直流信号从输入端口101与输出端口102输出，第一非线性器件501、第二非线性器件502的等效非线性电阻与非线性电容会随输入射频信号功率的变化而发生改变，使得耦合端口103、直通端口104的反射系数随输入功率改变，进而使得输入端口101与输出端口102间的增益随输入功率变化，从而获取预失真曲线。该预失真曲线包括两部分：幅度补偿预失真曲线，相位补偿预失真曲线。幅度补偿预失真曲线是指电路的增益幅度随输入功率改变而改变的曲线；相位补偿预失真曲线是指电路的增益相位随输入功率改变而改变的曲线,非线性器件的非线性特性受其直流偏置条件的影响，该反射式非线性预失真电路可分别对每个非线性器件进行独立的直流偏置状态的控制，增强了毫米波预失真电路产生的非线性信号的幅度与相位补偿能力，可满足毫米波系统强非线性预失真线性化要求，同时也提高了毫米波预失真电路对所产生的非线性信号幅度扩张与相位扩张程度的控制能力，可以达到精确强非线性幅度和相位补偿，而且该反射式非线性预失真电路结构简单紧凑、易于加工能够方便的应用于毫米波频段，另外，该反射式非线性预失真电路可对不同程度非线性失真特性的毫米波功率放大器进行线性化改善，提高了预失真电路的应用能力。

在上述实施方式中，所述第一直流偏置控制电路是为了保证偏置电压源输出的直流信号加载于第一非线性器件501端口并防止射频信号进入偏置电压源，第二直流偏置控制电路是为了保证偏置电压源输出的直流信号加载于第二非线性器件502端口并防止射频信号进入偏置电压源，所述第一直流偏置控制电路、第二直流偏置控制电路可以采用现有的各种控制电路，只要能够调节直流信号的大小即可并防止射频信号进入偏置电压源即可，作为优选的方式是：所述第一直流偏置控制电路包括一端连接在第一非线性器件501正极上的第一射频扼流圈701，第一射频扼流圈701的另一端通过第一偏置电阻801与第一直流偏置电压馈电端901相连，并且第一射频扼流圈701的该端还通过第五电容205与接地端6相连；所述第二直流偏置控制电路包括一端连接在第二非线性器件502正极上的第二射频扼流圈702，第二射频扼流圈702的另一端通过第二偏置电阻802与第二直流偏置电压馈电端902相连，并且第二射频扼流圈702的该端还通过第六电容206与接地端6相连。从第一直流偏置电压馈电端901输入的直流信号经过第一偏置电阻801、第一射频扼流圈701加载于第一非线性器件501端口，第五电容205能够阻隔直流信号进入接地端6，第一射频扼流圈701是用于防止射频信号进入第一直流偏置电压馈电端901；从第二直流偏置电压馈电端902输入的直流信号经过第二偏置电阻802、第二射频扼流圈702加载于第二非线性器件502端口，第六电容206能够阻隔直流信号进入接地端6，第二射频扼流圈702是用于防止射频信号进入第二直流偏置电压馈电端902，上述第一直流偏置控制电路可以通过对第一偏置电阻801的阻值调节获得不同直流偏置条件，还可以通过对第一直流偏置电压馈电端901上的直流偏置电压的压值调节获得不同直流偏置条件，上述第二直流偏置控制电路可以通过对第二偏置电阻802的阻值调节获得不同直流偏置条件，还可以通过对第二直流偏置电压馈电端902上的直流偏置电压的压值调节获得不同直流偏置条件，因此能够大大增强了毫米波预失真电路产生的非线性信号的幅度与相位补偿能力，同时也大大提高了毫米波预失真电路对所产生的非线性信号幅度扩张与相位扩张程度的控制能力，可以达到更精确的强非线性幅度和相位补偿。

所述接地电路是为了使第一非线性器件501的负极、第二非线性器件502的负极接地，并阻隔射频信号进入接地端6，所述接地电路可以采用现有的各种电路，只要能够实现上述目的即可，作为优选的方式是：所述接地电路包括一端连接在90°电桥1输入端口101的第三射频扼流圈703，第三射频扼流圈703的另一端通过第七电容207与接地端6相连，并且第三射频扼流圈703的该端还直接与接地端6相连，这种结构的接地电路结构紧凑、易于加工。

所述90°电桥1可以选用现有的各种电桥，只要能够保证现有的90°电桥具有一个输入端口101、一个输出端口102以及至少一个耦合端口103、至少一个直通端口104即可，作为优选的方式是：所述90°电桥1为90°分支线电桥。

另外，由于不同的非线性器件其非线性特性也有所区别，其最后产生的预失真信号也有所区别，为了得到最优的预失真信号，所述第一非线性器件501、第二非线性器件502均为肖特基势垒二极管。

实施例

在该实施例中，Ka频段90°分支线电桥采用厚度为0.254mm介电常数为9.8的Al2O3陶瓷基片，金属导带为金，90°电桥1的端口特性阻抗为50Ω；输入端口101、输出端口102、耦合端口103、直通端口104采用特性阻抗为50Ω的微带传输线；第一射频扼流圈701、第二射频扼流圈702、第三射频扼流圈703均为微带扇形结构且与特性阻抗为100Ω的λ/4微带高阻线组合构成（λ为Ka频段信号在微带中的传播波长），第一直流偏置电压馈电端901、第二直流偏置电压馈电端902均为微带传输线结构，接地端由微带结构的介质基片打孔构成；上述结构所采用的微带基片选用RT/duroid5880，其介电常数为2.2，基片厚度0.254mm，金属导带为铜，肖特基势垒二极管选用MA4E-2037，其截止频率高于100GHz，所有的电容均选用梁式引线芯片电容9022R0M，第一偏置电阻801、第二偏置电阻802均选用0603封装的表贴电阻。

在Ka频段（29～31GHz），将第一偏置电阻801的值选为800Ω，第二偏置电阻802的值选为700Ω，然后在第一直流偏置电压馈电端901施加不同的电压值V1、在第二直流偏置电压馈电端902施加不同的电压值V2得到如图2所示的幅度补偿预失真曲线和图3所示的相位补偿预失真曲线。由图2、图3可知，在Ka频段可获得强非线性预失真信号，其幅度与相位补偿值在偏置条件为V1=0.96V、V2=1.18V下分别达到了6.4dB与114°，同时通过对肖特基势垒二极管的不同偏压条件的控制，可以精确得到不同程度的强非线性幅相预失真曲线，其中当输入功率范围为-30～10dBm时，幅度补偿范围3.5～6.4dB,相位补偿范围为49～114°。通过本实例可以看出，本发明所述的反射式非线性预失真电路在毫米波频段实现了强非线性信号产生及强非线性信号的幅度和相位控制，满足毫米波功率放大器强非线性预失真线性化系统所需的强非线预失真信号需求，并可提供精确强非线性幅度和相位补偿，达到强非线性预失真线性化目的。

Claims (4)

1.反射式非线性预失真电路，包括90°电桥(1)，所述90°电桥(1)包括输入端口(101)、输出端口(102)以及至少一个耦合端口(103)、至少一个直通端口(104)，所述90°电桥(1)的输入端口(101)通过第一电容(201)与射频信号输入端(3)相连，所述90°电桥(1)的输出端口(102)通过第二电容(202)与射频信号输出端(4)相连，在90°电桥(1)的耦合端口(103)连接有第一非线性器件(501)，所述第一非线性器件(501)的负极与耦合端口(103)相连，第一非线性器件(501)的正极通过第三电容(203)与接地端(6)相连，在90°电桥(1)的直通端口(104)上连接有第二非线性器件(502)，所述第二非线性器件(502)的负极与直通端口(104)相连，第二非线性器件(502)的正极通过第四电容(204)与接地端(6)相连，其特征在于：所述第一非线性器件(501)的正极上连接有第一直流偏置控制电路，所述第一直流偏置电路对第一非线性器件(501)进行独立的直流偏置状态的控制，所述第二非线性器件(502)的正极上连接有第二直流偏置控制电路，所述第二直流偏置电路对第二非线性器件(502)进行独立的直流偏置状态的控制，所述90°电桥(1)的输入端口(101)连接有用于使第一非线性器件(501)的负极、第二非线性器件(502)的负极接地的接地电路，所述第一直流偏置控制电路包括一端连接在第一非线性器件(501)正极上的第一射频扼流圈(701)，第一射频扼流圈(701)的另一端通过第一偏置电阻(801)与第一直流偏置电压馈电端(901)相连，并且第一射频扼流圈(701)与第一偏置电阻(801)相连的一端还通过第五电容(205)与接地端(6)相连；所述第二直流偏置控制电路包括一端连接在第二非线性器件(502)正极上的第二射频扼流圈(702)，第二射频扼流圈(702)的另一端通过第二偏置电阻(802)与第二直流偏置电压馈电端(902)相连，并且第二射频扼流圈(702)与第二偏置电阻(802)相连的一端还通过第六电容(206)与接地端(6)相连。

2.如权利要求1所述的反射式非线性预失真电路，其特征在于：所述接地电路包括一端连接在90°电桥(1)输入端口(101)的第三射频扼流圈(703)，第三射频扼流圈(703)的另一端通过第七电容(207)与接地端(6)相连，并且第三射频扼流圈(703)的该端还直接与接地端(6)相连。

3.根据权利要求1至2中任意一项权利要求所述的反射式非线性预失真电路，其特征在于：所述90°电桥(1)为90°分支线电桥。

4.如权利要求3所述的反射式非线性预失真电路，其特征在于：所述第一非线性器件(501)、第二非线性器件(502)均为肖特基势垒二极管。