CN1066942A - 最佳化功率放大器电路特性的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

在用于优化功率放大器电路(120)性能的方法 和装置中，选择一个在该功率放大器工作期间产生的 内调制产物。这种选择是根据该内调制产物的幅值 进行的。其次，该内调制产物的幅值和一个预定的阈 值进行比较。根据这个比较，变更各工作参数，从而 改进电路(120)的内调制性能或使其工作容量最 大。

Description

本发明通常涉及到功率放大器，特别是涉及到一种最佳化功率放大器电路线性特性的方法和装置。

功率放大器广泛地用于通信及其它的电子用途中。这些放大器由一个或多个串联放大器级所组成，每一级都使施加给该级的输入信号电平增加一个已知的该级增益的量，每一级输入到输出的传输都是线性的，增加了同幅值的输入信号一样的理想输入信号出现在放大器的输出端上。然而，实际上所有的线性放大器在它们的传输特性上都具有一定程度的非线性，这种非线性导致了输出信号的失真，从而使其不再与理想的输入信号一样。这种失真产生被称为内调制产物的寄生信号成份。由于内调制产物在使用功率放大器系统方面引起干扰，交调失真和其它的有害影响，因此，是不希望其存在的。所以，现有技术考虑了各种方法和设计了各种装置以减少功率放大器电路工作过程中所产生的失真。通常建议的两种方法是，予矫正和前馈，这两种方法在现有技术中已是公知的，这里不再进行讨论。不考虑在功率放大器电路设计中所使用的典型的失真减小，提供一种用于鉴定电路的内调制特性和响应，调节各种工作参数以优化功率放大器电路特性和方法和装置都将是极为有益的。

简述本发明就是一种用于优化一个功率放大器电路性能的方法和装置，在本方案中至少有一个在功率放大器工作过程中所产生的内调制产物被识别出来，这种识别是基于该内调制产物的幅值。通常，被识别为具有最大幅值的内调制产物被选择出来。其次，将该内调制产物的幅值与一个予确定阀值进行比较，根据该比较，修改各工作参数以优化功率放大器电路的特性。

根据本发明的一个方面，这种识别处理是通过将由多个内调制产物组成的总的内调制产物信号能量进行分离并从多个具有最大幅值的内调制产物中确定一个来实现的。

根据本发明的另一方面，这种识别处理是通过扫描规定的频率范围以检测个别的内调制产物和选择一个具有最大幅值的内调制产物来实现的。

根据本发明的另外一个方面，这种识别处理是通过采集经验数据，从而允许选择一个具有最大幅值的内调制产物来实现的。

根据本发明的还一个方面，识别后的内调制产物将和最高幅值的载波信号进行比较，以确定载波相对于失真的比率。响应其结果比率，变更各种工作参数以改进电路的内调制特性或使功率放大器电路的工作能力最强，并借此优化电路性能。

图1示出了根据本发明描述的结合线性监控器的电路方框图。

图2示出了图1所示功率放大器电路的详细方框图。

图3示出了根据本发明线性监控器的详细方框图，和

图4示出了根据本发明的线性监控器的另一实施例。

参考图1，它以方框图的形式示出了根据本发明包含有线性监控器130的电路100，可以由多个RF载波组成的合成输入信号105被输入给可调节的增益控制器110，它可以通过现有技术中所公知的作如下理解：即使用可调节的增益控制器表示在功率放大器电路120以前去调节输入信号105的信号电平的。

设计的功率放大器电路120来放大输入信号，然后在引线117处提供放大输出信号。如前所述，在这个放大过程中，可能会引入失真和内调制产物，因此，图1所示设计的功率放大器电路在输出117之前完全地消除所有的失真和内调制。

图2详细地示出了图1所示的功率放大器电路方框图，该电路工作的准确解释可见委托给本申请代理人的申请日为1990年12月17日为美国申请号为的专利申请，该文本在此作为参考，而图2描述了功率放大器电路的另一个实施例，它可以通过现有技术进行理解，该结构仅是作为一个例子而存在，它并不限制这里所说的线性监控器的范围。

为了进一步详细了解这里所揭露的线性监控器的优点，可以参考美国专利迈耶（Meyer）的4580105和4，885，551和美国专利塞迪尔的（Seidel）3815040。

为了优化功率放大器电路120的性能，本发明使用了一个线性监控器130。设计出来的这个装置用来识别功率放大器电路输出中存在的内调制产物，选择具有最大信号幅值的内调制产物，并将其幅值与予定的阀值进行比较。根据该比较，更换各工作参数，以改进电路的内调制特性或使电路的工作容量最大。

例如，线性监控器可以控制提供给功率放大器电路的输入信号的功率电平。根据图1所示的实施例，若所选择的内调制产物的幅值超过了予确定阀值，那末，线性监控器130将引发一个报警信号，该信号和相应的电路将通过引线150控制可调节增益控制器110的增益，从而减少放大器输入功率，计算放大器输入功率的减少在输出端117处出现的内调制产物的幅值。通过减少放大器电路输出端内调制的电平，线性监控器的作用就改进了功率放大器电路120的内调制性能。

另一方面，若所选择的内调制产物的幅值下降从而接近予定阀值，则将出现一个放大器电路应用不足的指示。作为响应，只要输出信号117处的内调制产物保持在可接受的电平以下线性监控器将能调节可调节增益控制器110的增益以增加输入信号105的输入功率。其它的可控工作参数包括（但并不受其限制）有功率放大器的电源电压以及偏压。

线性监控器可以和输入信号功率，电源电压和偏置控制一起被允许去控制提供给功率放大器电路的载波的数量。因而，当所选择的内调制产物的幅值超过了予定阀值时，除了改变部分或全部参数以外，任何提供给功率放大器电路附加载波都能够闭锁，从而避免放大器的进一步过载使用。通过该规定，当放大器电路企图提供比它所设计的更多的载波或减少以实现内调制关系所期望的电平时，都会产生放大器的过载使用，在任何一种情况下，减少输入信号的功率和闭锁附加载波相结合都将改进电路的内调制性能并允许恢复。相反，为了使功率放大器电路的整个容量最大，只要能够避免放大器的过载使用，将允许线性监控器向功率放大器电路提供附加载波。

参照图3，它表示了根据本发明的线性监控器的详细方框图。在工作状态下，线性监控器接收来自功率放大器线路120的输出信号117的一部分。该信号由载波成分和内调制产物两部分组成，另外，线性监控器还接收来自输入信号105的输入，信号105仅由载波成分组成。两个输入信号被提供给第一载波消除电路300，它可以通过现有技术作如下理解：即，若到电路300的两个输入信号的相位，增益和延迟都被进行了适当的调节，那末，来自117的信号载波成分和来自105的信号的载波成分将基本上对消，从而在引线301处产生一个误差信号，然而，该误差信号将发送给载波消除电路302，其工作状态是和载波消除信号电路300相同。

对于载波消除电路300和302详细情况可以请结合本文及参考指定给本申请代理人的，申请日为1990年12月17日的美国专利赛迪尔（Serial）申请号NO

在大多数情况下，在一个载波消除操作以后，一个误差信号频谱中的载波能量仍然超过一个内调制产物信号的能量。因此，为了尽可能地将内调制产物从载波信号中分离出来，就要执行第二次载波消除操作，该操作使得载波信号能量减少至起码是该内调制产物的能量。

来自载波消除电路302的输出，在引线303处是误差信号。该误差信号可以被传送给带通滤波器304，该滤波器用于消除不需要的频率置位。实际上，该带通滤波器具有定中心的频带，并且大约起码具有功率放大器带宽的3倍，由于带通滤波器304的主要目的是消除杂散信号，而这些杂散信号又可能是存在于放大器带宽的外部，因此，它可以作为现有技术作如下理解：即带通滤波器并不总是需要的，通常，放大器此宽外部的信号是很小的，从而始终是没有疑问的，因此，带通滤波器是可以省略的而不违背本发明的精神。

经滤波的误差信号从带通滤波器304被传送给检测器305，在最佳实施例中，检测器305是一个二极管检测器，例如是一个简单的肖特基型二极管检测器，它响应误差信号以提供一个直流电压。实际上，检测器305可以是任一种检测器，它用于检测误差信号内调制产物能量的总和，而这些内调制产物是由多个内调制产物组成的。交流检测器包括例如放大检测器，直流检测器和RF电压检测器。在该点，线性监控器使全部内调制产物能量分离。其次，检测器305的输出传送给控制器306，该控制器从具有最大幅值的总的内调制能量频谱中选择单独的一个内调制产物。

根据图3，控制306包括模/数转换器310和处理单元320，处理单元320含有查表330。在操作中，检测器305的输出传送给模/数转换器310，在这里，它被转换成数字值，并传送给处理器320。处理器320是一个使用了EEPROM查表330的微机装置，这样的装置在现有技术中是公知的。

根据图3，处理器接收便于选择处理的附加输入。处理器从引线340接收提供给功率放大器电路并考虑到载波的信息。该信息通常包括所提供载波的数量，通带中这些载波的间距或位置以及每一个载波的幅值。利用这些待命的信息，并利用公知的算式，处理器能够确定其幅值至少和所有内调制产物能量频谱内所有其它产物幅值相等的至少一内调制产物的幅值。

为进一步讨论内调制产物幅值的计算处理，可以参考IEEE杂志通信技术1970年4月18卷第二号第127-135页，由佛里法里克，邦德（Frederick  Bond）和哈罗德F迈耶（Harold，F  Meyer）著的“有限放大器转送器中的内调制影响”;由威廉斯C，鲍勃库克（Wallace  C  Babcock）在拜尔系统技术杂志1953年一月份发表（第63-73页）的“无线电系统中的内调制干扰”以及由Leang.P.reh在1961年6月在IRE通信系统传送杂志第115-129页上发表的“在频率分隔多路传输声音UHF无线电通信系统中的非线性噪声及它的测试的设想”，以上各文结合本文作为参考。

它可以通过现有技术作如下理解：即当载波信息描述了一个高斯或近似高斯载波分布模式时，由处理器320所执行的算术计算是极为精确的。这种分布的特性是所接收的载波是等间距且具有相等的载波幅值。但当载波的间距和幅值是非单一的时候，确定一个内调制产物幅值的方法就不那么可靠了，作为响应，处理器将使用查表330，该表包含有关于特定非单一载波分布模式的考虑到最大内调制产物幅值的经验数据。

因此，当所定引线340处出现的载波信息是一个高斯或单一载波分布时，处理器320将计算具有最高幅值的内调制产物的值。如前所述，这种计算基于已知技术，其值来自载波信息和总的内调制产物能量二者的值。但当载波信息描述了一个非单一载波分布时，处理器将设法使所接收的载波信息和查表330中存贮的类似描述相匹配。因此，每个查表输入都包括与所接收载波的数量，每个载波的位置，每个载波的幅值，关于总的内调制产物频谱能量的值以及用于所选择内调制产物幅值有关的信息。通过将所接收的信息与前面所存贮的描述匹配起来，在这些不能使用计算的例子中，处理器能够提供与内调制产物幅值相关的值。

根据与内调值幅值有关的值的确定处理器将该确定的值和一个予定的阀值进行比较。如前所述，响应这种比较，有效地改变各工作参数以改进内调制性能或使功率放大器电路的工作容量最大。

参照图4，它表示了根据本发明的线性监控器的另外一个实施例。根据图4，它展示了第一和第二载波消除电路400和402，它们根据图3所阐述的原理进行工作，引线403上的误差信号被馈送给频率扫描测量接收器404，它在规定的频率范围内扫描误差信号，以检测单独的内调制产物，另外，频率扫描测量接收器404可以从所检测的内调制产物中选择具有最大幅值的信号产物。随后，内调制产物幅值电平被传送给控制器404的模/数转换器414，并被转换成数字值，再传送给处理器420，并和予定阀值进行比较。再一次响应该比较，改变各工作参数，以便优化功率放大器电路的性能。

仍根据另一个实施例，载波信息中包括有识别最高幅值载波信号的载波信息。在选定了所需要的内调制产物幅值以后，处理器单元将内调制产物幅值和识别出来的载波幅值进行比较，以便计算载波/失真的比率，随后，更改前面所述的工作参数以响应该比率，从而再一次优化功率放大器电路的性能。

基于这种讨论，可以理解，所述的线性监控器的主要目的就是要适当地识别和分离功率放大器电路输出中的总的内调制产物能量，选择至少一个具有最高幅值的内调制产物，把该内调制产物的幅值或予定阀值相比较或和所选择的载波信号相比较，以及响应这种比较，调节各工作参数，从而使该功率放大器电路的性能得到优化。

Claims (10)

1、一种用于优化具有多个工作参数的功率放大器电路性能的方法，所述电路放大其中具有至少一个载波的输入信号，所述方法包括如下步骤：

把其幅值至少与功率放大器电路工作过程中所产生的所有其它内调制产物幅值相等的一个单一内调制产物分离出来，

把所分离出来的内调制产物的幅值与一个予定阀值进行比较，和

变更至少一个工作参数，以响应该比较，从而使该功率放大器电路的性能得到优化。

2、根据权利要求1的方法，其中，分离一个单一内调制产物的步骤，还包括如下步骤：

检测由多个内调制产物所组成的总的内调制产物信号的能量，和

识别至少一个其幅值至少和所检测信号内所有其它内调制产物幅值相等的内调制产物。

3、根据权利要求1的方法，其中，分离一个单一内调制产物的步骤还包括如下步骤：

扫描规定的频率范围，以检测各单独的内调制产物，和

选择一个具有最大幅值的内调制产物。

4、根据权利要求2所述的方法，其中，识别一个内调制产物的步骤还包括：

确定到达该功率放大器电路的载波数量，

建立每个载波在通带中的位置;

建立每个载波的幅值，

计算一个内调制产物的能谱密度，作为载波位置和幅值的函数，和

根据能谱密度的计算，建立一个内调制产物的幅值。

5、根据权利1所述方法，其中，更换工作参数的步骤还包括（但并不受其限制）至少下列步骤之一：

给输入信号增加一个附加的载波，

从输入信号中删去一些载波，

增加功率放大器的输入能量，

减少功率放大器的输入能量，

改变功率放大器的电流电压，和

调节功率放大器的偏压。

6、一种用于优化具有多个工作参数的功率放大器性能的线性监控器，包括：

用于分离至少一个其幅值至少等于在功率放大器工作期间所产生的所有其他内调制产物幅值的内调制产物的装置，

用于将所分离出来的内调制产物和一个予定阀值进行比较的装置，

用于更换工作参数以响应该比较，从而优化该功率放大器电路性能的装置。

7、根据权利要求6的线性监控器，其中用于分离装置还包括：

用于检测由多个内调制产物组成的总的内调制产物频谱能级的装置，

用于识别至少一个具有最高幅值的内调制产物的装置。

8、根据权利要求6的线性监控器，其中用于分离的装置还包括：

用于扫描规定频率范围，从而检测单独的内调产物的装置，和

用于选择一个具有最高幅值的内调制产物的装置。

9、根据权利要求6的线性监控器，其中用于分离的装置还包括：

用于收集并考虑提供载波信息给功率放大器电路的装置;

根据收集的载波信息来计算内调制产物能量频谱密度的装置;

用于根据能量频谱密度计算，建立该内调制产物幅值的装置。

10、一种用于优化具有多个工作参数的功率放大器电路的性能的方法，所述电路放大其中至少含有一个载波的输入信号，该方法包括如下步骤：

分离一个单一的其幅值至少与该功率放大器电路工作期间所产生的所有其它内调制产物的幅值相等的内调制产物，

将所分离出来的内调制产物和输入信号中的至少一个载波相比较，

根据该比较，计算载波/失真的比率，和

调节至少一个工作参数，以响应所述比较，从而使该功率放大器电路的性能优化。

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