CN1073759C - 非线性补偿电路 - Google Patents

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Abstract

一种具有简化的结构和减小的体积和重量的非线性补偿电路，设置在其中装有具有非线性输入/输出特性的电路的微波频带无线电设备中。一个由执行线性工作的线性工作装置和执行非线性工作的非线性工作装置组成的并联电路与作为非线性补偿的对象的要被补偿的电路串联连接。

Description

非线性补偿电路
本发明涉及一种用于无线电设备中的非线性补偿电路，尤其是涉及用于其中安装有具有非线性输入/输出特性的电路的微波频带无线电设备中的非线性补偿电路。
随着便携式电话机的近期的明显扩展，提出了发展低功耗的小体积轻型电话装置的要求。
通常，在微波频带无线电设备中使用的功率放大器这样的一种特性，即，当输入功率小时，其输出功率与输入功率成比例(即放大倍数是恒定的)，但当输入功率大时，输出功率变得不再与输入功率成比例，使放大倍数降低。这种非线性特性也呈现在相位中；即，当输入功率小时，输出信号不呈现相位偏移，而当输入功率大时，输出信号的相位超前或滞后于输入信号。在无线电设备中使用的变频器也具有类似的特性。
消除这种非线性干扰的传统方式是，为安装在基站中的无线电设备的功率放大器或类似装置设置一个预补偿电路。具体地讲，通过在功率放大器的输入和输出侧之间进行比较检测失真(畸变)，根据所检测的数值产生失真-补偿失真信号，并且所产生的失真信号与功率放大器等的输入信号进行组合或合成。
对于便携式电话机来说，采用上述的预补偿电路从其体积、重量和造价方面讲是不利的。因此，应采用大容量的功率放大器来替代附设的预补偿电路，以便即使在被供以大的功率时，功率放大器等也可以在线性工作范围内使用。
但是，在安装于基站中的无线电设备的功率放大器或类似装置中的情况下，必须设置作为预补偿电路的失真检测部分、补正失真产生部分及合成部分等，结果使设备结构复杂化并且造价很高。
安装有大容量功率放大器等的便携式电话机消除了使用预补偿电路时可能产生的不便。但是，这种功率放大器等必然会具有大的体积并且消耗更多的功率，从而影响了电池的体积和重量的减小。这种不利影响是很大的，因为电池占有便携式电话机的体积和重量的大部分。如果能够获得体积、重量和成本适中的预补偿电路，可以解决与便携式电话机相关的这个问题。
本发明的目的是要提供一种非线性补偿电路，这种非线性补偿电路具有简单的结构、减小的体积和重量以及低的成本。
为实现上述目的，本发明提供了一种非线性补偿电路，用于其中设置有具有非线性输入/输出特性的电路的无线电设备中，该非线性补偿电路包括：一个要补偿的电路，它作为非线性补偿的对象；线性工作装置，它与要补偿的电路串联，用于执行线性工作；和非线性工作装置，它与线性工作装置并联，用于执行非线性工作。
通过阅读结合附图所作的以下说明将能更清楚地了解本发明的上述和其它目的、特征和优点，附图以举例方式描绘出本发明的优选实施例。
图1是表示本发明的原理的方框示意图；
图2是与图1相应的矢量图；
图3(A)是一个曲线图，其中示出输入功率-输出功率特性的补偿，图3(B)是一个曲线图，其中示出输入功率-输出相位特性的补偿；
图4是根据本发明的第一实施例的安装有非线性补偿电路的无线电发射机的一个RF电路的方框图；
图5(A)是一个电路图，它示出根据本发明的第一实施例的非线性补偿电路的内部电路配置，图5(B)是第一实施例的非线性补偿电路的等效电路图；
图6是第一实施例的非线性补偿电路的矢量图；
图7是一个曲线图，其中示出根据第一实施例的实际电路的特性数据(曲线)；
图8(A)是一个电路图，它示出根据本发明的第二实施例的非线性补偿电路的内部电路配置，图8(B)是第二实施例的非线性补偿电路的等效电路图；
图9是第二实施例的非线性补偿电路的矢量图；
图10(A)是一个电路图，它示出根据本发明的第三实施例的非线性补偿电路的内部电路配置，图10(B)是第三实施例的非线性补偿电路的等效电路图；
图11是第三实施例的非线性补偿电路的矢量图；
图12(A)是第一方框图，它示出安装有根据本发明的第四实施例的非线性补偿电路的无线电发射机的变频电路，图12(B)是第二方框图，它示出安装有第四实施例的非线性补偿电路的无线电发射机的变频电路；
图13是一个方框图，它示出安装有根据第五实施例的非线性补偿电路的无线电发射机的一个RF电路。
下面将参照附图描述根据本发明的实施例。
首先参照图1解释根据第一实施例的理论的电路配置。第一实施例包括：要补偿的电路1，它作为非线性补偿的对象；线性工作装置2，它与要补偿的电路1串联，用于执行线性工作；以及非线性工作装置3，它与线性工作装置2并联，用于执行非线性工作。
下面参照图2的矢量图阐述按上述方式构成的非线性补偿电路的工作原理。首先假设图1中的符号A、B和C分别表示通过线性工作装置2的信号的矢量、通过非线性工作装置3的信号的矢量和合成信号的矢量，合成信号为上述的两个信号的组合，它被输入至要补偿的电路1。每一矢量的长度表示相应信号的幅度，每一矢量的斜度表示相应信号的相位。
在图2中，在小信号工作时(此时非线性补偿电路采用小的输入信号工作)，矢量A、B和C被分别特别表示A0、B0和C0。与此相对应，在大信号工作时(此时非线性补偿电路采用大的输入信号工作)，矢量A、B和C被分别特别表示为A1、B1和C1。随着输入信号数值的增大，仅仅是矢量A0的幅度与输入信号成比例地增大至矢量A1，同一矢量的相位保持不变。另一方面，由于幅度的非线性增大以及相位的变化，矢量B0变为矢量B1。符号B2表示在这样的假定条件下画出的矢量，即，矢量B0仅仅是幅度与输入信号成比例地(也就是线性地)增大而其相位保持不变，符号C2表示矢量B2和A1的合成矢量。与合成矢量C2相比，矢量A1和B1的合成矢量C1在幅度上大ΔC并具有相位差Δθ。
假定要补偿的电路1具有(例如)由图3(A)中曲线4表示的非线性输入功率-输出功率特性。在大信号工作时，由前述的线性工作装置2和非线性工作装置3组成的并联电路给出幅度增量ΔC，因此，此并联电路呈现图3(A)中的曲线5表示的输入功率-输出功率特性。因此，通过将要补偿的电路1和此并联电路相串联，就有可能补偿要补偿的电路1的非线性特性，并因此得到接近图3(A)中的理想线6的后补偿特性。
再假定要补偿的电路1具有(例如)由图3(B)中的曲线7表示的非线性输入功率-输出相位特性。在大信号工作时，由线性工作装置2和非线性工作装置3组成的并联电路提供了相位差Δθ；因此，此并联电路呈现图3(B)中的曲线8表示的输入功率-输出相位特性。因此，通过将要补偿的电路1和此并联电路相串联，就有可能补偿要补偿的电路1的非线性特性，并因此得到接近图3(B)中的理想线9的后补偿特性。
下面参照图4-7描述根据第一实施例的电路配置的详细情况。
图4是一个方框图，用于表示设置有非线性补偿电路的无线电发射机的一个RF(射频)电路。具体地讲，在这个包括功率放大器11和小信号放大器12等的RF电路中，一个补偿电路13设置在功率放大器11的前级。功率放大器11相应于图1中的要补偿电路1。
图5(A)是一个电路图，它示出补偿电路13的内部构成。补偿电路13包括由二极管D1和电阻器R1组成的一个并联电路。二极管D1对应于图1中的非线性工作装置3，电阻器R1对应于图1中的线性工作装置2。就二极管D1而言，尤其可采用具有小的导通电压的肖特基势垒二极管，这样在小信号输入时，非线性工作也是可行的。在图5(A)中，符号D、E和F分别表示通过二极管D1的信号的矢量、通过电阻器R1的信号的矢量和合成信号的矢量，合成信号为上述的两个信号的组合，它被输入至功率放大器11。
图5(B)示出图5(A)中的补偿电路13的等效电路。具体地讲，二极管D1可用由结电容C1和内电阻rD组成的并联电路表示。在大信号工作时，结电容C1比在小信号工作时具有稍大的值，而内电阻rD比在小信号工作时具有稍小的值。这里，假定通过结电容C1的信号的矢量为G，通过内电阻rD的信号的矢量为H。并且还假定符号D0、E0、F0、G0、和H0分别表示小信号工作时的矢量D、E、F、G和H，符号D1、E1、F1、G1和H1分别表示大信号工作时的矢量D、E、F、G和H。
图6是图5(A)和5(B)中所示的补偿电路13的矢量图。如图6中所示，随着输入信号数值的增大，仅仅是矢量E0的幅度与输入信号成比例地增大至矢量E1，同一矢量的相位保持不变。另一方面，对于矢量G0和H0，它们的相位保持不变，而它们的幅度产生了非线性变化。符号D2表示在这样的假定条件下画出的矢量，即，矢量D0仅仅是幅度与输入信号成比例地(也就是线性地)增大而其相位保持不变，符号F2表示矢量D2和E1的合成矢量。与合成矢量F2相比，矢量D1和E1的合成矢量F1在幅度上大ΔF并具有相位差ΔθF。
图7示出图4的功率放大器11的实际工作的一个例子，此功率放大器用作便携式电话机的发射功率放大器，其中，肖特基势垒二极管“1SS283”用作图5中所示的补偿电路13的二极管D1，电阻器R1的电阻为100欧姆。具体地讲，如果功率放大器11具有由曲线14表示的输入功率-输出功率特性，补偿电路13则具有由曲线15表示的输入功率-输出功率特性，并且因为补偿电路13和功率放大器11相互串联，因此可以得到接近理想线性特性(虚线)的特性曲线16。另外，如果功率放大器11具有由曲线17表示的输入功率-输出相位特性，补偿电路13则具有由曲线18表示的输入功率-输出相位特性，并且因为补偿电路13和功率放大器11相互串联，因此可以得到接近理想线性特性(虚线)的特性曲线19。
通过改变图5(A)和5(B)中的与二极管D1并联的电阻器R1的电阻，可以改变矢量E0和E1的幅度。因此，可以改变合成矢量F1和F2之间的关系，即幅度差和相位差。所以，可以根据功率放大器11的特性设定补偿电路13的特性。
在第一实施例中，肖特基势垒二极管用作二极管D1，但也可采用具有非线性特性的内阻的普通二极管作为二极管D1。
现在描述第二实施例。根据第二实施例的电路配置与第一实施例基本相同，即，第二实施例与图4中所示的第一实施例的电路配置是相同的，但补偿电路13的内部构成不同。因此，在下面的关于第二实施例的说明中，也参照图4中所示的电路配置。
图8(A)是一个电路图，它示出根据第二实施例的补偿电路的内部构成。此补偿电路包括由FET(场效应晶体管)Q1和电容器C2组成的一个并联电路。FET Q1对应于图1中的非线性工作装置3，电容器C2对应于图1中的线性工作装置2。FET Q1具有分别连至输入侧和输出侧的源极和漏极以及接地的栅极。FET Q1具有这样一种特性，即，其源-漏电阻FSD根据施加于源极和栅极之间的电功率变化，由此实现非线性工作。在图8(A)中，符号J、I和K分别表示通过FET Q1的信号的矢量、通过电容器C2的信号的矢量和合成信号的矢量，合成信号为上述的两个信号的组合，它被输入至功率放大器11。
图8(B)示出图8(A)中的补偿电路的等效电路。具体地讲，FETQ1可用源-漏电阻rSD表示。在大信号工作时，源-漏电阻rSD具有比在小信号工作时明显小的值。假定符号I0、J0和K0分别表示小信号工作时的矢量I、J和K，符号I1、J1和K1分别表示大信号工作时的矢量I、J和K。
图9是图8(A)和8(B)中所示的补偿电路的矢量图。如图8(B)中所示，随着输入信号数值的增大，仅仅是矢量I0的幅度与输入信号成比例地增大至矢量I1，同一矢量的相位保持不变。另一方面，对于矢量J0，它的相位保持不变，而它的幅度非线性增大并变为矢量J1。符号J2表示在这样的假定条件下画出的矢量，即，矢量J0的幅度与输入信号成比例地(也就是线性地)增大，符号K2表示矢量J2和I1的合成矢量。与合成矢量K2相比，矢量I1和J1的合成矢量K1在幅度上大ΔK并具有相位差ΔθK。
现在描述第三实施例。根据第三实施例的电路配置与第一实施例基本相同，即，第三实施例与图4中所示的第一实施例的电路配置是相同的，但补偿电路13的内部构成不同。因此，在下面的关于第三实施例的说明中，也参照图4中所示的电路配置。
图10(A)是一个电路图，它示出根据第三实施例的补偿电路的内部构成。此补偿电路包括由FET(场效应晶体管)Q2和线圈L1组成的一个并联电路。FET Q2对应于图1中的非线性工作装置3，线圈L1对应于图1中的线性工作装置2。如在第二实施例中那样，FET Q2具有分别连至输入侧和输出侧的源极和漏极以及接地的栅极。FET Q2的源-漏电阻rSD根据施加于源极和栅极之间的电功率变化。在图10(A)中，符号N、M和P分别表示通过FET Q2的信号的矢量、通过线圈L1的信号的矢量和合成信号的矢量，合成信号为上述的两个信号的组合，它被输入至功率放大器11。
图10(B)示出图10(A)中的补偿电路的等效电路。具体地讲，FET Q2可用源-漏电阻rSD表示。在大信号工作时，源-漏电阻rSD具有比在小信号工作时明显小的值。假定符号M0、N0和P0分别表示小信号工作时的矢量M、N和P，符号M1、N1和P1分别表示大信号工作时的矢量M、N和P。
图11是图10(A)和10(B)中所示的补偿电路的矢量图。如图11中所示，随着输入信号数值的增大，仅仅是矢量M0的幅度与输入信号成比例地增大至矢量M1，同-矢量的相位保持不变。另一方面，对于矢量N0，它的相位保持不变，而它的幅度非线性增大并变为矢量N1。符号N2表示在这样的假定条件下画出的矢量，即，矢量N0的幅度与输入信号成比例地(也就是线性地)增大，符号P2表示矢量N2和M1的合成矢量。与合成矢量P2相比，矢量M1和N1的合成矢量P1在幅度上大ΔP并具有相位差ΔθP。尤其是，相位差ΔθP产生的方向与第一和第二实施例是相反的。因此，第三实施例特别适用于这样的情况，即在大信号工作时功率放大器11的相位偏移方向与第一和第二实施例相反。
在第一至第三实施例中，电阻器、电容器和线圈单个地用作非线性工作装置3，但这些元件中的两个或多个也可组合构成并联或串联电路而用作非线性工作装置3。
现在描述第四实施例。
图12(A)和12(B)各为一个方框图，用于显示设置有非线性补偿电路的无线电发射机的变频电路。在第四实施例中，非线性补偿电路21是为变频电路设置的。在图12(A)中所示的用于无线电发射机的变频电路中，端子23被供以IF信号，端子24被供以本地振荡信号，混合器22进行频率变换并从端子25输出一个RF信号。正如在参照第一至第三实施例描述的功率放大器中那样，在输入变频电路的IF信号与从相同电路输出的RF信号之间存在非线性关系。因此，非线性补偿电路设置在变频电路的输入侧，如图12(A)所示，或者设置在变频电路的输出侧，如图12(B)所示。非线性补偿电路21具有与根据第一、第二或第三实施例的补偿电路相同的内部电路配置。
现在描述第五实施例。
图13是一个方框图，它示出设置有非线性补偿电路的无线电发射机的RF电路。在第五实施例中，无线电发射机的RF电路包括一个自动电平控制(ALC)电路。具体地讲，功率放大器34的输出由检测器35检测，以得到与功率放大器34的输出电平相应的直流电压，这个直流电压由直流放大器36放大并且反馈至可变增益放大器32。可变增益放大器32如此调节增益，即，使功率放大器34的输出可以保持恒定，并且可变增益放大器32的输出通过可变衰减器33供给功率放大器34。非线性补偿电路31设置在可变增益放大器32和可变衰减器33之间。非线性补偿电路31具有与根据第一、第二或第三实施例的补偿电路相同的内部电路配置。在这种情况下，功率放大器34是要补偿的电路。非线性补偿电路31以与参照第一至第三实施例描述的方式相同的方式工作。
可变衰减器33用于使功率放大器34的工作电平与非线性补偿电路31的工作电平相匹配。在这个RF电路中，功率放大器34的输出电平被控制为恒定电平，甚至在可变衰减器33的衰减量改变的情况下也是如此，由此简化了非线性补偿电路31和功率放大器34的相互匹配。可变衰减器33可以从图13在所示的电路配置中去掉，从而简化电路构成。
如上所述，根据本发明，由进行线性工作的线性工作装置和进行非线性工作的非线性工作装置组成的并联电路与要补偿的电路串联连接，由此可以补偿要补偿的电路的非线性特性。因此，本发明的非线性补偿电路与传统的预补偿电路相比较，简化了结构，减小了体积和重量，并且造价低廉。
因此，在本发明与基站中设置的无线电设备的功率放大器或类似装置组合使用时，设备可以减小体积和造价。另外，本发明使得有可能将非线性补偿电路安装于便携式电话机中，从而克服了由功率放大器等造成的功耗增加的问题。
以上描述只能视为是本发明的原理的说明。另外，由于多种变换和修改对于本领域技术人员来说是显见的，因此不希望将本发明限定于这里所图示和描述的精确结构和应用，相应地，所有合适的变换和替代均可视为处在所附权利要求及其等同物限定的本发明的范围之内。

Claims (7)

1、一种无线电装置中的非线性补偿电路，包括：
一个需要对其进行补偿的非线性电路；以及
用于补偿所述非线性电路的非线性的补偿装置，所述补偿装置具有与所述非线性电路串联连接的用来进行线性操作的线性操作装置和与所述线性装置并联连接的用来进行非线性操作的非线性操作装置，所述非线性操作装置具有非线性的输入功率-输出功率特性以及非线性的输入功率-输出信号相位特性，
其中所述非线性操作装置包括一个二极管。
2、如权利要求1的非线性补偿电路，其特征在于所述非线性操作装置还包括一个与所述二极管并联的电阻。
3、如权利要求1的非线性补偿电路，其特征在于：
其中所述非线性操作装置包括一个电容器来代替二极管。
4、如权利要求1、2或3的非线性补偿电路，其特征在于所述的非线性电路是一个无线通信装置的频率变换器，并且一个由所述线性操作装置和所述非线性操作装置组成的并联电路与该频率变换器串联连接并位于该频率变换器的前面。
5、如权利要求1、2或3的非线性补偿电路，其特征在于所述的非线性电路是一个无线通信装置的频率变换器，并且一个由所述线性操作装置和所述非线性操作装置组成的并联电路与该频率变换器串联连接并位于该频率变换器的后面。
6、如权利要求1、2或3的非线性补偿电路，其特征在于所述非线性电路是一个功率插入环行自动电平控制电路的环路中的功率放大器，并且由所述线性工作装置和所述非线性工作装置组成的并联电路插入并串联连接在此自动电平控制电路的环路中。
7、如权利要求1、2或3的非线性补偿电路，其特征在于所述非线性电路包括一个环行自动电平控制电路中的功率放大器，该自动电平控制电路包括至少一个可变增益放大器、一个可变衰减器和和一个功率放大器，并且一个由所述线性操作装置和所述非线性操作装置组成的并联电路串联连接在该可变增益放大器和该可变衰减器之间。
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