CN110855251B - 一种单路串联式模拟预失真系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单路串联式模拟预失真系统，包括介质基板、第一非线性发生器、相位调制器和第二非线性发生器，第一非线性发生器、相位调制器和第二非线性发生器设置在介质基板的上表面，第一非线性发生器、相位调制器和第二非线性发生器依次连接且三者形成串联电路结构，第一非线性发生器利用其内第一三极管本身产生的非线性对射频信号采用幅度扩张方式进行预失真得到第一失真信号，相位调制器通过改变第一失真信号相位产生相移信号，第二非线性发生器利用其内第二三极管本身产生的非线性对相移信号采用幅度扩张方式进行预失真，得到模拟预失真输出信号；优点是结构简单，体积小，成本低廉，并且作用于宽带调制信号时预失真精度较高。

Description

一种单路串联式模拟预失真系统

技术领域

本发明涉及一种模拟预失真系统，尤其是涉及一种相位补偿的串联模拟预失真系统。

背景技术

5G时代的到来为现代无线通信技术的发展规定了方向，高速、大容量、低时延和多用户正是5G网络的基本要求。5G NR(第五代移动通信技术标准)正是采用基于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分多路复用技术)优化的波形和多址接入技术。OFDM被当今4G LTE和Wi-Fi系统广泛采用，能满足高速、大容量传输等要求。OFDM符号由多个独立的经过调制的子载波信号叠加而成，通过将信道分成若干正交子信道，能有效减小子载波之间的干扰，但若干正交子信道合成的信号很有可能带来较大的峰均功率比(Peak to Average Power Ratio,PAPR)。

功率放大器为无线通信系统的发射机的核心部件。由于一般的功率放大器的动态范围都是有限的，所以具有较大的PAPR的信号极易进入功率放大器的非线性区域，导致信号产生非线性失真，从而造成明显的频谱扩展干扰以及带内信号畸变，最终导致整个无线通信系统性能严重下降。为了保证功率放大器能同时获得较高的输出功率和较好的线性度，功率放大器通常都要采用一定的线性化手段来改善其非线性失真。

预失真系统是当前改善功率放大器非线性的主要手段。预失真系统主分为数字预失真系统和模拟预失真系统两类。数字预失真系统主要通过高采样率的ADC(Analog toDigital Converter，模拟数字转换装置)、FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、数字预失真器和数字信号处理器来实现，但是其成本高昂，数字信号处理器中储存的预失真处理算法比较复杂，并且高采样率的ADC也会为FPGA和数字信号处理器的吞吐量和计算速度带来沉重的压力。模拟预失真系统通过观察功率放大器预失真后输出端的信号，然后根据该信号去自主调整模拟预失真系统的控制电压使功率放大器预失真后输出端的信号符合要求，由此即可实现预失真参数的调节。模拟预失真系统相对于数字预失真系统，成本更低，且预失真操作过程简单，得到了广泛的使用。

传统的单路模拟预失真系统结构简单，体积小，功耗低，工作频带宽，成本低，但是其对功率放大器非线性的改善量比较有限，不具有实际应用价值。基于肖特基二极管的多路并联式模拟预失真系统，可以有效针对信号的幅度和相位，对信号的幅度和相位单独进行调谐。基于肖特基二极管的多路并联式模拟预失真系统在改善信号的三阶交调等方面表现优异。肖特基二极管会对自生产生的非线性信号中的偶次谐波有较大的抑制，虽然其在三阶、五阶交调失真方面表现优异，但是，当其用于目前使用最广泛的宽带调制信号时，预失真精度很差，以致其应用领域受到了很大的限制。另外，基于肖特基二极管的多路并联式模拟预失真系统采用多路并联式电路结构实现，电路结构相对于传统的单路模拟预失真系统过于庞大，不仅增加了成本，而且，实际操作时需要调整多路控制电压，操作过程也相对复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单，体积小，成本低廉，并且作用于宽带调制信号时预失真精度较高的单路串联式模拟预失真系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种单路串联式模拟预失真系统，包括介质基板、第一非线性发生器、相位调制器和第二非线性发生器，所述的第一非线性发生器、所述的相位调制器和所述的第二非线性发生器设置在所述的介质基板的上表面，所述的第一非线性发生器、所述的相位调制器和所述的第二非线性发生器依次连接且三者形成串联电路结构；所述的第一非线性发生器包括第一三极管，所述的第二非线性发生器包括第二三极管，所述的第一非线性发生器利用其内设置的第一三极管本身产生的非线性来进行预失真，所述的第二非线性发生器利用其内设置的第二三极管本身产生的非线性来进行预失真，当射频信号输入所述的单路串联式模拟预失真系统时，所述的第一非线性发生器对该射频信号采用幅度扩张的方式进行预失真处理，产生第一失真信号V₁(t)，输出给所述的相位调制器，所述的相位调制器通过改变所述的第一失真信号V₁(t)的相位，产生相移信号V₁(t+τ)，输出给第二非线性发生器，所述的第二非线性发生器采用幅度扩张的方式对所述的相移信号V₁(t+τ)进行预失真处理，得到模拟预失真输出信号RFout。

所述的第一非线性发生器还包括第一偏置电路、第二偏置电路、第一直流电源、第二直流电源、第一电容、第二电容、第一匹配微带线和第二匹配微带线，所述的第一匹配微带线和所述的第二匹配微带线的阻抗均为50Ω，所述的第一偏置电路和所述的第二偏置电路分别具有射频输入端、直流输入端和输出端，所述的第一电容的一端为所述的第一非线性发生器的输入端，所述的第一非线性发生器的输入端接入所述的射频信号，所述的第一电容的另一端和所述的第一偏置电路的射频输入端连接，所述的第一偏置电路的输出端和所述的第一匹配微带线的一端连接，所述的第一偏置电路的直流输入端和所述的第一直流电源的正极连接，所述的第一直流电源的负极接地，所述的第一匹配微带线的另一端和所述的第一三极管的栅极连接，所述的第一三极管的源极接地，所述的第一三极管的漏极和所述的第二匹配微带线的一端连接，所述的第二匹配微带线的另一端和所述的第二偏置电路的射频输入端连接，所述的第二偏置电路的输出端和所述的第二电容的一端连接，所述的第二偏置电路的直流输入端和所述的第二直流电源的正极连接，所述的第二直流电源的负极接地，所述的第二电容的另一端为所述的第一非线性发生器的输出端，所述的第一非线性发生器的输出端输出所述的第一失真信号V₁(t)。该第一非线性发生器中，通过控制第一三极管的栅压和漏压，使第一三极管偏置到非线性区，产生与功放非线性失真特性相反的失真信号来补偿功放的非线性失真，相较于传统的模拟预失真系统利用二极管本身的非线性产生失真信号的方式，该第一非线性发生器产生的失真信号不会抵消掉自身产生的二次谐波，失真信号更契合于功放的非线性失真，改善效果更明显。

所述的第一偏置电路包括第一T型结、第一矩形微带线、第二矩形微带线、第三矩形微带线、第四矩形微带线、第一扇环形微带线和第二扇环形微带线；所述的第一矩形微带线为四分之一波长微带线且阻抗为100Ω，所述的第一扇环形微带线和所述的第二扇环形微带线均为四分之一扇环形开路微带线且阻抗为50Ω，所述的第一T型结具有第一端口、第二端口和第三端口，所述的第一T型结的第一端口为所述的第一偏置电路的射频输入端，所述的第一T型结的第二端口为所述的第一偏置电路的输出端，所述的第一T型结的第三端口和所述的第一矩形微带线的前端连接，所述的第一矩形微带线的后端和所述的第四矩形微带线的前端连接，所述的第一扇环形微带线位于所述的第四矩形微带线的左侧，所述的第二扇环形微带线位于所述的第四矩形微带线的右侧，所述的第一扇环形微带线和所述的第二扇环形微带线相对于所述的第四矩形微带线左右对称，且三者沿左右方向的对称线重合，所述的第一扇环形微带线的内圆面与所述的第四矩形微带线的左端连接，所述的第二扇环形微带线的内圆面与所述的第四矩形微带线的右端连接，所述的第四矩形微带线的后端和所述的第二矩形微带线的前端连接，所述的第二矩形微带线的后端和所述的第三矩形微带线的前端连接，所述的第三矩形微带线的后端为所述的第一偏置电路的直流输入端，所述的第二偏置电路的结构与所述的第一偏置电路的结构相同。该第一偏置电路采用扇形开路线的结构，能有效防止直流偏置电路影响交流电路各部分的阻抗特性，其中第一矩形微带线采用的是阻抗为100Ω的四分之一波长微带线的形式，由于主路信号线和第一偏置电路是并联的，当第一偏置电路的阻抗足够大时，则第一偏置电路对主路信号的影响就很小，这里采用第一矩形微带线来等效电感，起到通直流阻交流的效果，采用两个阻抗为50Ω的四分之一扇环形开路微带线(第一扇环形微带线和第二扇环形微带线)来等效电容，能有效去除杂波，提高电路的稳定性。并且此第一偏置电路采用纯微带线的形式构成分布参数电路，摒弃了电容电感这些集总元器件会产生寄生参数的风险，尤其到了超高频率集总元件已经不适用的情况下，用纯微带线构成的电路会更稳定更实用。

所述的第一矩形微带线沿左右方向的长度为0.26mm，沿前后方向的长度为13.56mm；所述的第二矩形微带线沿左右方向的长度为0.26mm，沿前后方向的长度为3mm；所述的第三矩形微带线沿左右方向的长度为1.11mm，沿前后方向的长度为6mm；所述的第四矩形微带线沿左右方向的长度为1.11mm，沿前后方向的长度为0.5mm；所述的第一扇环形微带线和所述的第二扇环形微带线的圆心角均为60度，所述的第一扇环形微带线和所述的第二扇环形微带线的外径均为9.75mm，内径均为0.64mm。

所述的相位调制器包括第三偏置电路、第三直流电源、3dB电桥、第三电容、第四电容、第一变容二极管、第二变容二极管、第三变容二极管、第四变容二极管、第三匹配微带线和第四匹配微带线，所述的第三匹配微带线和所述的第四匹配微带线的阻抗均为50Ω，所述的3dB电桥具有输入端、隔离端、直通端和耦合端，所述的3dB电桥的输入端接入的射频信号经由其直通端和耦合端反射后经由其隔离端输出，所述的第三偏置电路具有射频输入端、直流输入端和输出端，所述的第三电容的一端为所述的相位调制器的输入端，所述的相位调制器的输入端接入所述的第一失真信号V₁(t)，所述的第三电容的另一端和所述的第三偏置电路的射频输入端连接，所述的第三偏置电路的输出端和所述的3dB电桥的输入端连接，所述的第三偏置电路的直流输入端和所述的第三直流电源的正极连接，所述的第三直流电源的负极接地，所述的3dB电桥的隔离端和所述的第四电容的一端连接，所述的第四电容的另一端为所述的相位调制器的输出端，所述的相位调制器的输出端输出所述的相移信号V₁(t+τ)，所述的3dB电桥的直通端和所述的第一变容二极管的负极连接，所述的3dB电桥的耦合端和所述的第二变容二极管的负极连接，所述的第一变容二极管的正极和所述的第三匹配微带线的一端连接，所述的第二变容二极管的正极和所述的第四匹配微带线的一端连接，所述的第三匹配微带线的另一端和所述的第三变容二极管的负极连接，所述的第三变容二极管的正极接地，所述的第四匹配微带线的另一端和所述的第四变容二极管的负极连接，所述的第四变容二极管的正极接地，所述的第三偏置电路的结构与所述的第一偏置电路的结构相同。该相位调制器由3dB耦合器和变容二极管级联而成，相比于传统的反射式移相器，通过设置的四个变容二极管，大大增加了相位调制器的移相量，并且此相位调制器可通过调节第三偏置电路的输入电压，自主调节移相量，来满足我们模拟预失真系统的需求。

所述的3dB电桥包括第五矩形微带线、第六矩形微带线、第七矩形微带线、第八矩形微带线、第九矩形微带线、第十矩形微带线、第十一矩形微带线、第十二矩形微带线、第二T型结、第三T型结、第四T型结和第五T型结，所述的第二T型结、所述的第三T型结、所述的第四T型结和所述的第五T型结分别具有第一端口、第二端口和第三端口，所述的第五矩形微带线的一端为所述的3dB电桥的输入端，所述的第五矩形微带线的另一端和所述的第二T型结的第一端口连接，所述的第二T型结的第二端口和所述的第八矩形微带线的一端连接，所述的第二T型结的第三端口和所述的第七矩形微带线的一端连接，所述的第八矩形微带线的另一端和所述的第三T型结的第一端口连接，所述的第三T型结的第二端口和所述的第十一矩形微带线的一端连接，所述的第十一矩形微带线的另一端为所述的3dB电桥的直通端，所述的第三T型结的第三端口和所述的第十矩形微带线的一端连接，所述的第六矩形微带线的一端为所述的3dB电桥的隔离端，所述的第六矩形微带线的另一端和所述的第四T型结的第一端口连接，所述的第四T型结的第二端口和所述的第九矩形微带线的一端连接，所述的第四T型结的第三端口和所述的第七矩形微带线的另一端连接，所述的第九矩形微带线的另一端和所述的第五T型结的第一端口连接，所述的第五T型结的第二端口和所述的第十二矩形微带线的一端连接，所述的第十二矩形微带线的另一端为所述的3dB电桥的耦合端，所述的第五T型结的第三端口和所述的第十矩形微带线的另一端连接。

所述的第五矩形微带线、所述的第六矩形微带线、所述的第十一矩形微带线、所述的第十二矩形微带线的长度均为2mm，宽度均为1.11mm；所述的第八矩形微带线、所述的第九矩形微带线的长度均为11.57mm，宽度均为1.88mm；所述的第七矩形微带线、所述的第十矩形微带线的宽度均为1.12mm，长度均为12.63mm。

所述的第二非线性发生器还包括第四偏置电路、第五偏置电路、第四直流电源、第五直流电源、第五电容、第六电容、第五匹配微带线和第六匹配微带线，所述的第五匹配微带线和所述的第六匹配微带线的阻抗均为50Ω，所述的第四偏置电路和所述的第五偏置电路分别具有射频输入端、直流输入端和输出端，所述的第五电容的一端为所述的第二非线性发生器的输入端，所述的第二非线性发生器的输入端接入所述的相移信号V₁(t+τ)，所述的第五电容的另一端和所述的第四偏置电路的射频输入端连接，所述的第四偏置电路的输出端和所述的第五匹配微带线的一端连接，所述的第四偏置电路的直流输入端和所述的第四直流电源的正极连接，所述的第四直流电源的负极接地，所述的第五匹配微带线的另一端和所述的第二三极管的栅极连接，所述的第二三极管的源极接地，所述的第二三极管的漏极和所述的第六匹配微带线的一端连接，所述的第六匹配微带线的另一端和所述的第五偏置电路的射频输入端连接，所述的第五偏置电路的输出端和所述的第六电容的一端连接，所述的第五偏置电路的直流输入端和所述的第五直流电源的正极连接，所述的第五直流电源的负极接地，所述的第六电容的另一端为所述的第二非线性发生器的输出端，所述的第二非线性发生器的输出端输出所述的模拟预失真输出信号RFout，所述的第四偏置电路和所述的第五偏置电路的结构均与所述的第一偏置电路的结构相同。

与现有技术相比，本发明的优点在于通过介质基板、第一非线性发生器、相位调制器和第二非线性发生器构建单路串联式模拟预失真系统，第一非线性发生器、相位调制器和第二非线性发生器设置在介质基板的上表面，第一非线性发生器、相位调制器和第二非线性发生器依次连接且三者形成串联电路结构；第一非线性发生器包括第一三极管，第二非线性发生器包括第二三极管，第一非线性发生器利用其内设置的第一三极管本身产生的非线性来进行预失真，第二非线性发生器利用其内设置的第二三极管本身产生的非线性来进行预失真，当射频信号输入单路串联式模拟预失真系统时，第一非线性发生器对该射频信号采用幅度扩张的方式进行预失真处理，产生第一失真信号V₁(t)，输出给相位调制器，相位调制器通过改变第一失真信号V₁(t)的相位，产生相移信号V₁(t+τ)，输出给第二非线性发生器，第二非线性发生器采用幅度扩张的方式对相移信号V₁(t+τ)进行预失真处理，得到模拟预失真输出信号RFout，本发明相对于传统的模拟预失真系统，增加了两个可控因素，可以在幅度和相位两个角度单独调节信号的失真，使其适用范围大大增加，利用第一非线性发生器和第二非线性发生器构成两级非线性发生器，尽可能产生足够大的非线性失真信号，弥补了传统模拟预失真对功放非线性改善量不足的缺点，相对于现有的多路并联式模拟预失真系统，本发明舍弃了冗繁复杂的电路结构，利用串联的思想，效果完美达到并超过了并联式的结构，另外本发明利用三极管本身产生的非线性，可以更行之有效的改善功放的非线性，甚至于可以作用于目前应用广泛的5G调制信号来改善未来5G通信通信系统性能，本发明结构简单，体积小，成本低廉，易于操作和实现，作用于宽带调制信号时预失真精度较高。

附图说明

图1为本发明的单路串联式模拟预失真系统的结构框图；

图2为本发明的单路串联式模拟预失真系统的第一偏置电路的电路图；

图3为本发明的单路串联式模拟预失真系统的3dB电桥的电路图；

图4为本发明的单路串联式模拟预失真系统的第一偏置电路的S参数仿真曲线图；

图5(a)为本发明的单路串联式模拟预失真系统的3dB电桥的增益幅度仿真图；

图5(b)为本发明的单路串联式模拟预失真系统的3dB电桥的增益相位仿真图；

图6为本发明的单路串联式模拟预失真系统的相位调制器的仿真图；

图7为本发明的单路串联式模拟预失真系统在不同偏压情况下的增益幅度扩张曲线图；

图8为本发明的单路串联式模拟预失真系统在不同偏压情况下的增益相位扩张曲线图；

图9(a)为功放在不采用本发明的单路串联式模拟预失真系统进行预失真处理的增益幅度仿真结果图；

图9(b)为功放在采用本发明的单路串联式模拟预失真系统进行预失真处理的增益幅度仿真结果图；

图10(a)为功放在不采用本发明的单路串联式模拟预失真系统进行预失真处理的增益相位仿真结果图；

图10(b)为功放在采用本发明的单路串联式模拟预失真系统进行预失真处理的增益相位仿真结果图；

图11(a)为功放在不采用本发明的单路串联式模拟预失真系统进行预失真处理的在802.11ac(WiFi信号)调制信号下，功放的ACPR仿真结果图；

图11(b)为功放在采用本发明的单路串联式模拟预失真系统进行预失真处理的在802.11ac(WiFi信号)调制信号下，功放的ACPR仿真结果图；

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例：如图1所示，一种单路串联式模拟预失真系统，包括介质基板、第一非线性发生器1、相位调制器2和第二非线性发生器3，第一非线性发生器1、相位调制器2和第二非线性发生器3设置在介质基板的上表面，第一非线性发生器1、相位调制器2和第二非线性发生器3依次连接且三者形成串联电路结构；第一非线性发生器1包括第一三极管Q1，第二非线性发生器3包括第二三极管Q2，第一非线性发生器1利用其内设置的第一三极管Q1本身产生的非线性来进行预失真，第二非线性发生器3利用其内设置的第二三极管Q2本身产生的非线性来进行预失真，当射频信号输入单路串联式模拟预失真系统时，第一非线性发生器1对该射频信号采用幅度扩张的方式进行预失真处理，产生第一失真信号V₁(t)，输出给相位调制器2，相位调制器2通过改变第一失真信号V₁(t)的相位，产生相移信号V₁(t+τ)，输出给第二非线性发生器3，第二非线性发生器3采用幅度扩张的方式对相移信号V₁(t+τ)进行预失真处理，得到模拟预失真输出信号RFout。

本实施例中，第一非线性发生器1还包括第一偏置电路、第二偏置电路、第一直流电源DC1、第二直流电源DC2、第一电容C1、第二电容C2、第一匹配微带线和第二匹配微带线，第一匹配微带线和第二匹配微带线的阻抗均为50Ω，第一偏置电路和第二偏置电路分别具有射频输入端、直流输入端和输出端，第一电容C1的一端为第一非线性发生器1的输入端，第一非线性发生器1的输入端接入射频信号，第一电容C1的另一端和第一偏置电路的射频输入端连接，第一偏置电路的输出端和第一匹配微带线的一端连接，第一偏置电路的直流输入端和第一直流电源DC1的正极连接，第一直流电源DC1的负极接地，第一匹配微带线的另一端和第一三极管Q1的栅极连接，第一三极管Q1的源极接地，第一三极管Q1的漏极和第二匹配微带线的一端连接，第二匹配微带线的另一端和第二偏置电路的射频输入端连接，第二偏置电路的输出端和第二电容C2的一端连接，第二偏置电路的直流输入端和第二直流电源DC2的正极连接，第二直流电源DC2的负极接地，第二电容C2的另一端为第一非线性发生器1的输出端，第一非线性发生器1的输出端输出第一失真信号V₁(t)。

如图2所示，本实施例中，第一偏置电路包括第一T型结Tee1、第一矩形微带线TL1、第二矩形微带线TL2、第三矩形微带线TL3、第四矩形微带线TL4、第一扇环形微带线Stub1和第二扇环形微带线Stub2；第一矩形微带线TL1为四分之一波长微带线且阻抗为100Ω，第一扇环形微带线Stub1和第二扇环形微带线Stub2均为四分之一扇环形开路微带线且阻抗为50Ω，第一T型结Tee1具有第一端口、第二端口和第三端口，第一T型结Tee1的第一端口为第一偏置电路的射频输入端，第一T型结Tee1的第二端口为第一偏置电路的输出端，第一T型结Tee1的第三端口和第一矩形微带线TL1的前端连接，第一矩形微带线TL1的后端和第四矩形微带线TL4的前端连接，第一扇环形微带线Stub1位于第四矩形微带线TL4的左侧，第二扇环形微带线Stub2位于第四矩形微带线TL4的右侧，第一扇环形微带线Stub1和第二扇环形微带线Stub2相对于第四矩形微带线TL4左右对称，且三者沿左右方向的对称线重合，第一扇环形微带线Stub1的内圆面与第四矩形微带线TL4的左端连接，第二扇环形微带线Stub2的内圆面与第四矩形微带线TL4的右端连接，第四矩形微带线TL4的后端和第二矩形微带线TL2的前端连接，第二矩形微带线TL2的后端和第三矩形微带线TL3的前端连接，第三矩形微带线TL3的后端为第一偏置电路的直流输入端，第二偏置电路的结构与第一偏置电路的结构相同。

本实施例中，第一矩形微带线TL1沿左右方向的长度为0.26mm，沿前后方向的长度为13.56mm；第二矩形微带线TL2沿左右方向的长度为0.26mm，沿前后方向的长度为3mm；第三矩形微带线TL3沿左右方向的长度为1.11mm，沿前后方向的长度为6mm；第四矩形微带线TL4沿左右方向的长度为1.11mm，沿前后方向的长度为0.5mm；第一扇环形微带线Stub1和第二扇环形微带线Stub2的圆心角均为60度，第一扇环形微带线Stub1和第二扇环形微带线Stub2的外径均为9.75mm，内径均为0.64mm。

本实施例中，相位调制器2包括第三偏置电路、第三直流电源DC3、3dB电桥、第三电容C3、第四电容C4、第一变容二极管D1、第二变容二极管D2、第三变容二极管D3、第四变容二极管D4、第三匹配微带线和第四匹配微带线，第三匹配微带线和第四匹配微带线的阻抗均为50Ω，3dB电桥具有输入端、隔离端、直通端和耦合端，3dB电桥的输入端接入的射频信号经由其直通端和耦合端反射后经由其隔离端输出，第三偏置电路具有射频输入端、直流输入端和输出端，第三电容C3的一端为相位调制器2的输入端，相位调制器2的输入端接入第一失真信号V₁(t)，第三电容C3的另一端和第三偏置电路的射频输入端连接，第三偏置电路的输出端和3dB电桥的输入端连接，第三偏置电路的直流输入端和第三直流电源DC3的正极连接，第三直流电源DC3的负极接地，3dB电桥的隔离端和第四电容C4的一端连接，第四电容C4的另一端为相位调制器2的输出端，相位调制器2的输出端输出相移信号V₁(t+τ)，3dB电桥的直通端和第一变容二极管D1的负极连接，3dB电桥的耦合端和第二变容二极管D2的负极连接，第一变容二极管D1的正极和第三匹配微带线的一端连接，第二变容二极管D2的正极和第四匹配微带线的一端连接，第三匹配微带线的另一端和第三变容二极管D3的负极连接，第三变容二极管D3的正极接地，第四匹配微带线的另一端和第四变容二极管D4的负极连接，第四变容二极管D4的正极接地，第三偏置电路的结构与第一偏置电路的结构相同。

如图3所示，本实施例中，3dB电桥包括第五矩形微带线TL5、第六矩形微带线TL6、第七矩形微带线TL7、第八矩形微带线TL8、第九矩形微带线TL9、第十矩形微带线TL10、第十一矩形微带线TL11、第十二矩形微带线TL12、第二T型结Tee2、第三T型结Tee3、第四T型结Tee4和第五T型结Tee5，第二T型结Tee2、第三T型结Tee3、第四T型结Tee4和第五T型结Tee5分别具有第一端口、第二端口和第三端口，第五矩形微带线TL5的一端为3dB电桥的输入端，第五矩形微带线TL5的另一端和第二T型结Tee2的第一端口连接，第二T型结Tee2的第二端口和第八矩形微带线TL8的一端连接，第二T型结Tee2的第三端口和第七矩形微带线TL7的一端连接，第八矩形微带线TL8的另一端和第三T型结Tee3的第一端口连接，第三T型结Tee3的第二端口和第十一矩形微带线TL11的一端连接，第十一矩形微带线TL11的另一端为3dB电桥的直通端，第三T型结Tee3的第三端口和第十矩形微带线TL10的一端连接，第六矩形微带线TL6的一端为3dB电桥的隔离端，第六矩形微带线TL6的另一端和第四T型结Tee4的第一端口连接，第四T型结Tee4的第二端口和第九矩形微带线TL9的一端连接，第四T型结Tee4的第三端口和第七矩形微带线TL7的另一端连接，第九矩形微带线TL9的另一端和第五T型结Tee5的第一端口连接，第五T型结Tee5的第二端口和第十二矩形微带线TL12的一端连接，第十二矩形微带线TL12的另一端为3dB电桥的耦合端，第五T型结Tee5的第三端口和第十矩形微带线TL10的另一端连接。

本实施例中，第五矩形微带线TL5、第六矩形微带线TL6、第十一矩形微带线TL11、第十二矩形微带线TL12的长度均为2mm，宽度均为1.11mm；第八矩形微带线TL8、第九矩形微带线TL9的长度均为11.57mm，宽度均为1.88mm；第七矩形微带线TL7、第十矩形微带线TL10的宽度均为1.12mm，长度均为12.63mm。

本实施例中，第二非线性发生器3还包括第四偏置电路、第五偏置电路、第四直流电源DC4、第五直流电源DC5、第五电容C5、第六电容C6、第五匹配微带线和第六匹配微带线，第五匹配微带线和第六匹配微带线的阻抗均为50Ω，第四偏置电路和第五偏置电路分别具有射频输入端、直流输入端和输出端，第五电容C5的一端为第二非线性发生器3的输入端，第二非线性发生器3的输入端接入相移信号V₁(t+τ)，第五电容C5的另一端和第四偏置电路的射频输入端连接，第四偏置电路的输出端和第五匹配微带线的一端连接，第四偏置电路的直流输入端和第四直流电源DC4的正极连接，第四直流电源DC4的负极接地，第五匹配微带线的另一端和第二三极管Q2的栅极连接，第二三极管Q2的源极接地，第二三极管Q2的漏极和第六匹配微带线的一端连接，第六匹配微带线的另一端和第五偏置电路的射频输入端连接，第五偏置电路的输出端和第六电容C6的一端连接，第五偏置电路的直流输入端和第五直流电源DC5的正极连接，第五直流电源DC5的负极接地，第六电容C6的另一端为第二非线性发生器3的输出端，第二非线性发生器3的输出端输出模拟预失真输出信号RFout，第四偏置电路和第五偏置电路的结构均与第一偏置电路的结构相同。

本发明的单路串联式模拟预失真系统的第一偏置电路的S参数仿真曲线如图4所示。分析图4可知：第一偏置电路的S参数仿真结果可以看出，在3～4GHz范围内，S21接近于0，可见主路插损很小，说明第一偏置电路对主路射频信号影响很小，主路信号经过第一偏置电路时几乎没有功率的损失，S31很小，并且带宽很宽，可见主路射频信号在第一偏置电路上几乎完全衰减或反射。

本发明的单路串联式模拟预失真系统的相位调制器的3dB电桥的增益幅度和相位仿真曲线如图5(a)和图5(b)所示。图5(a)和图5(b)中，m1表示在3.5GHz的频率下的S(2，1)，m2表示在3.5GHz的频率下的phase(S(2，1))，m3表示在3.5GHz的频率下的phase(S(3，1))。分析图5(a)和图5(b)可知：S(2，1)＝-3.05dB，phase(S(2，1))＝146.65°，phase(S(3，1))＝-123.35°，该3dB电桥的dB(S(2,1))＝dB(S(3,1))≈-3dB，且phase(S(2,1))与phase(S(3,1))相差90°，可见该3dB电桥的直通端和耦合端的损耗均为3dB，且两端口的相位差90°，实现了3dB电桥的功能要求。

本发明的单路串联式模拟预失真系统的相位调制器的仿真曲线如图6所示。图6中，m4表示在3.5GHz的频率下，当第三偏置电路输入电压为18V时的phase(S(2，1))，m5表示在3.5GHz的频率下，当第三偏置电路输入电压为1V时的phase(S(2，1))。分析图6可知：m4＝32.987°，m5＝-176.513°，当第三偏置电路输入电压在0～18V范围内变化时，相位调制器的相位变化范围超过200°，可以实现相位调制的功能。

本发明的单路串联式模拟预失真系统的增益幅度仿真曲线如图7所示。图7中，m6表示在3.5GHz的频率下，第一偏置电路和第四偏置电路的输入电压为0.4V时的S(2，1)，m7表示在3.5GHz的频率下，第一偏置电路和第四偏置电路的输入电压为0.8V时的S(2，1)。分析图7可知：m6＝-3.05dB，m7＝-2.675dB，当保持第一三极管和第二三极管的漏压(第二偏置电路和第五偏置电路的输入电压)0.35V不变时，改变第一三极管和第二三极管的栅压(第一偏置电路和第四偏置电路的输入电压)，当第一三极管和第二三极管的栅压从0.3V～0.8V增加时，产生不同增益幅度扩张量的非线性失真信号。并且可以发现，栅压越高增益幅度扩张量越大。

本发明的单路串联式模拟预失真系统的增益相位仿真曲线如图8所示。图8中：m8表示在3.5GHz的频率下，第一偏置电路和第四偏置电路的输入电压为0.8V时的phase(S(2，1))，m9表示在3.5GHz的频率下，第一偏置电路和第四偏置电路的输入电压为0.3V时的phase(S(2，1))。分析图8可知：m8＝-118.811dB，m9＝-85.16dB，当保持第一三极管和第二三极管的漏压(第二偏置电路和第五偏置电路的输入电压)0.35V不变时，改变第一三极管和第二三极管的栅压(第一偏置电路和第四偏置电路的输入电压)，当第一三极管和第二三极管的栅压从0.3V～0.8V增加时，产生不同增益相位扩张量的非线性失真信号。并且可以发现，栅压越高增益幅度扩张量越大。

当功放不采用本发明的单路串联式模拟预失真系统进行预失真处理时的增益幅度仿真曲线如图9(a)所示。图9(a)中，m10表示在3.5GHz的频率下，当输入功率为-25dBm时，功放的增益幅度，m11表示在3.5GHz的频率下，当输入功率为0dBm时，功放的增益幅度。分析图9(a)可知：m10＝12.21dB，m11＝3.97dB；功放在不采用本发明的单路串联式模拟预失真系统进行预失真处理时，当输入功率从-25dBm增加到0dBm，增益幅度从12.21dB压缩到3.97dB，共压缩了8.24dB。

当功放采用本发明的单路串联式模拟预失真系统进行预失真处理时的增益幅度仿真曲线如图9(b)所示。图9(b)中，m10′表示在3.5GHz的频率下，当输入功率为-25dBm时，功放的增益幅度，m11′表示在3.5GHz的频率下，当输入功率为0dBm时，功放的增益幅度。分析图9(b)可知：m10′＝12.21dB，m11′＝9.89dB；功放在采用本发明的单路串联式模拟预失真系统进行预失真处理时，当输入功率从-25dBm增加到0dBm时，增益幅度从12.21dB压缩到9.89dB，共压缩了2.32dB，相较于不采用此模拟预失真处理的功放，增益幅度压缩量可以改善5.92dB。

当功放不采用本发明的单路串联式模拟预失真系统进行预失真处理时的增益相位仿真曲线如图10(a)所示。图10(a)中，m12表示在3.5GHz的频率下，当输入功率为-25dBm时，功放的增益相位，m13表示在3.5GHz的频率下，当输入功率为0dBm时，功放的增益相位。分析图10(a)可知：m12＝-148.24°，m13＝-120.44°；功放在不采用本发明的单路串联式模拟预失真系统进行预失真处理时，当输入功率从-25dBm增加到0dBm，增益相位从-148.24°扩张到-120.44°，共扩张了27.8°。

当功放不采用本发明的单路串联式模拟预失真系统进行预失真处理时的增益相位仿真曲线如图10(b)所示。图10(b)中，m12′表示在3.5GHz的频率下，当输入功率为-25dBm时，功放的增益相位，m13′表示在3.5GHz的频率下，当输入功率为0dBm时，功放的增益相位。分析图10(b)可知：m12′＝-148.24°，m13′＝-143.36°；功放在采用本发明的单路串联式模拟预失真系统进行预失真处理时，当输入功率从-25dBm增加到0dBm，增益相位从-148.24°扩张到-143.36°，共扩张了4.88°，相较于不采用此模拟预失真处理的功放，增益相位扩张量可以改善22.92°。

分析图11(a)和图11(b)可知：在802.11ac(WiFi信号)调制信号下，采用本发明的单路串联式模拟预失真系统进行预失真处理的功放相对于不采用本发明的单路串联式模拟预失真系统进行预失真处理的功放，ACPR至少有20dB的改善。

Claims (8)

1.一种单路串联式模拟预失真系统，其特征在于包括介质基板、第一非线性发生器、相位调制器和第二非线性发生器，所述的第一非线性发生器、所述的相位调制器和所述的第二非线性发生器设置在所述的介质基板的上表面，所述的第一非线性发生器、所述的相位调制器和所述的第二非线性发生器依次连接且三者形成串联电路结构；所述的第一非线性发生器包括第一三极管，所述的第二非线性发生器包括第二三极管，所述的第一非线性发生器利用其内设置的第一三极管本身产生的非线性来进行预失真，所述的第二非线性发生器利用其内设置的第二三极管本身产生的非线性来进行预失真，当射频信号输入所述的单路串联式模拟预失真系统时，所述的第一非线性发生器对该射频信号采用幅度扩张的方式进行预失真处理，产生第一失真信号V₁(t)，输出给所述的相位调制器，所述的相位调制器通过改变所述的第一失真信号V₁(t)的相位，产生相移信号V₁(t+τ)，输出给第二非线性发生器，所述的第二非线性发生器采用幅度扩张的方式对所述的相移信号V₁(t+τ)进行预失真处理，得到模拟预失真输出信号RFout。

2.根据权利要求1所述的一种单路串联式模拟预失真系统，其特征在于在于所述的第一非线性发生器还包括第一偏置电路、第二偏置电路、第一直流电源、第二直流电源、第一电容、第二电容、第一匹配微带线和第二匹配微带线，所述的第一匹配微带线和所述的第二匹配微带线的阻抗均为50Ω，所述的第一偏置电路和所述的第二偏置电路分别具有射频输入端、直流输入端和输出端，所述的第一电容的一端为所述的第一非线性发生器的输入端，所述的第一非线性发生器的输入端接入所述的射频信号，所述的第一电容的另一端和所述的第一偏置电路的射频输入端连接，所述的第一偏置电路的输出端和所述的第一匹配微带线的一端连接，所述的第一偏置电路的直流输入端和所述的第一直流电源的正极连接，所述的第一直流电源的负极接地，所述的第一匹配微带线的另一端和所述的第一三极管的栅极连接，所述的第一三极管的源极接地，所述的第一三极管的漏极和所述的第二匹配微带线的一端连接，所述的第二匹配微带线的另一端和所述的第二偏置电路的射频输入端连接，所述的第二偏置电路的输出端和所述的第二电容的一端连接，所述的第二偏置电路的直流输入端和所述的第二直流电源的正极连接，所述的第二直流电源的负极接地，所述的第二电容的另一端为所述的第一非线性发生器的输出端，所述的第一非线性发生器的输出端输出所述的第一失真信号V₁(t)。

3.根据权利要求2所述的一种单路串联式模拟预失真系统，其特征在于所述的第一偏置电路包括第一T型结、第一矩形微带线、第二矩形微带线、第三矩形微带线、第四矩形微带线、第一扇环形微带线和第二扇环形微带线；所述的第一矩形微带线为四分之一波长微带线且阻抗为100Ω，所述的第一扇环形微带线和所述的第二扇环形微带线均为四分之一扇环形开路微带线且阻抗为50Ω，所述的第一T型结具有第一端口、第二端口和第三端口，所述的第一T型结的第一端口为所述的第一偏置电路的射频输入端，所述的第一T型结的第二端口为所述的第一偏置电路的输出端，所述的第一T型结的第三端口和所述的第一矩形微带线的前端连接，所述的第一矩形微带线的后端和所述的第四矩形微带线的前端连接，所述的第一扇环形微带线位于所述的第四矩形微带线的左侧，所述的第二扇环形微带线位于所述的第四矩形微带线的右侧，所述的第一扇环形微带线和所述的第二扇环形微带线相对于所述的第四矩形微带线左右对称，且三者沿左右方向的对称线重合，所述的第一扇环形微带线的内圆面与所述的第四矩形微带线的左端连接，所述的第二扇环形微带线的内圆面与所述的第四矩形微带线的右端连接，所述的第四矩形微带线的后端和所述的第二矩形微带线的前端连接，所述的第二矩形微带线的后端和所述的第三矩形微带线的前端连接，所述的第三矩形微带线的后端为所述的第一偏置电路的直流输入端，所述的第二偏置电路的结构与所述的第一偏置电路的结构相同。

4.根据权利要求3所述的一种单路串联式模拟预失真系统，其特征在于所述的第一矩形微带线沿左右方向的长度为0.26mm，沿前后方向的长度为13.56mm；所述的第二矩形微带线沿左右方向的长度为0.26mm，沿前后方向的长度为3mm；所述的第三矩形微带线沿左右方向的长度为1.11mm，沿前后方向的长度为6mm；所述的第四矩形微带线沿左右方向的长度为1.11mm，沿前后方向的长度为0.5mm；所述的第一扇环形微带线和所述的第二扇环形微带线的圆心角均为60度，所述的第一扇环形微带线和所述的第二扇环形微带线的外径均为9.75mm，内径均为0.64mm。

5.根据权利要求2所述的一种单路串联式模拟预失真系统，其特征在于所述的相位调制器包括第三偏置电路、第三直流电源、3dB电桥、第三电容、第四电容、第一变容二极管、第二变容二极管、第三变容二极管、第四变容二极管、第三匹配微带线和第四匹配微带线，所述的第三匹配微带线和所述的第四匹配微带线的阻抗均为50Ω，所述的3dB电桥具有输入端、隔离端、直通端和耦合端，所述的3dB电桥的输入端接入的射频信号经由其直通端和耦合端反射后经由其隔离端输出，所述的第三偏置电路具有射频输入端、直流输入端和输出端，所述的第三电容的一端为所述的相位调制器的输入端，所述的相位调制器的输入端接入所述的第一失真信号V₁(t)，所述的第三电容的另一端和所述的第三偏置电路的射频输入端连接，所述的第三偏置电路的输出端和所述的3dB电桥的输入端连接，所述的第三偏置电路的直流输入端和所述的第三直流电源的正极连接，所述的第三直流电源的负极接地，所述的3dB电桥的隔离端和所述的第四电容的一端连接，所述的第四电容的另一端为所述的相位调制器的输出端，所述的相位调制器的输出端输出所述的相移信号V₁(t+τ)，所述的3dB电桥的直通端和所述的第一变容二极管的负极连接，所述的3dB电桥的耦合端和所述的第二变容二极管的负极连接，所述的第一变容二极管的正极和所述的第三匹配微带线的一端连接，所述的第二变容二极管的正极和所述的第四匹配微带线的一端连接，所述的第三匹配微带线的另一端和所述的第三变容二极管的负极连接，所述的第三变容二极管的正极接地，所述的第四匹配微带线的另一端和所述的第四变容二极管的负极连接，所述的第四变容二极管的正极接地，所述的第三偏置电路的结构与所述的第一偏置电路的结构相同。

6.根据权利要求5所述的一种单路串联式模拟预失真系统，其特征在于所述的3dB电桥包括第五矩形微带线、第六矩形微带线、第七矩形微带线、第八矩形微带线、第九矩形微带线、第十矩形微带线、第十一矩形微带线、第十二矩形微带线、第二T型结、第三T型结、第四T型结和第五T型结，所述的第二T型结、所述的第三T型结、所述的第四T型结和所述的第五T型结分别具有第一端口、第二端口和第三端口，所述的第五矩形微带线的一端为所述的3dB电桥的输入端，所述的第五矩形微带线的另一端和所述的第二T型结的第一端口连接，所述的第二T型结的第二端口和所述的第八矩形微带线的一端连接，所述的第二T型结的第三端口和所述的第七矩形微带线的一端连接，所述的第八矩形微带线的另一端和所述的第三T型结的第一端口连接，所述的第三T型结的第二端口和所述的第十一矩形微带线的一端连接，所述的第十一矩形微带线的另一端为所述的3dB电桥的直通端，所述的第三T型结的第三端口和所述的第十矩形微带线的一端连接，所述的第六矩形微带线的一端为所述的3dB电桥的隔离端，所述的第六矩形微带线的另一端和所述的第四T型结的第一端口连接，所述的第四T型结的第二端口和所述的第九矩形微带线的一端连接，所述的第四T型结的第三端口和所述的第七矩形微带线的另一端连接，所述的第九矩形微带线的另一端和所述的第五T型结的第一端口连接，所述的第五T型结的第二端口和所述的第十二矩形微带线的一端连接，所述的第十二矩形微带线的另一端为所述的3dB电桥的耦合端，所述的第五T型结的第三端口和所述的第十矩形微带线的另一端连接。

7.根据权利要求6所述的一种单路串联式模拟预失真系统，其特征在于所述的第五矩形微带线、所述的第六矩形微带线、所述的第十一矩形微带线、所述的第十二矩形微带线的长度均为2mm，宽度均为1.11mm；所述的第八矩形微带线、所述的第九矩形微带线的长度均为11.57mm，宽度均为1.88mm；所述的第七矩形微带线、所述的第十矩形微带线的宽度均为1.12mm，长度均为12.63mm。

8.根据权利要求2所述的一种单路串联式模拟预失真系统，其特征在于所述的第二非线性发生器还包括第四偏置电路、第五偏置电路、第四直流电源、第五直流电源、第五电容、第六电容、第五匹配微带线和第六匹配微带线，所述的第五匹配微带线和所述的第六匹配微带线的阻抗均为50Ω，所述的第四偏置电路和所述的第五偏置电路分别具有射频输入端、直流输入端和输出端，所述的第五电容的一端为所述的第二非线性发生器的输入端，所述的第二非线性发生器的输入端接入所述的相移信号V₁(t+τ)，所述的第五电容的另一端和所述的第四偏置电路的射频输入端连接，所述的第四偏置电路的输出端和所述的第五匹配微带线的一端连接，所述的第四偏置电路的直流输入端和所述的第四直流电源的正极连接，所述的第四直流电源的负极接地，所述的第五匹配微带线的另一端和所述的第二三极管的栅极连接，所述的第二三极管的源极接地，所述的第二三极管的漏极和所述的第六匹配微带线的一端连接，所述的第六匹配微带线的另一端和所述的第五偏置电路的射频输入端连接，所述的第五偏置电路的输出端和所述的第六电容的一端连接，所述的第五偏置电路的直流输入端和所述的第五直流电源的正极连接，所述的第五直流电源的负极接地，所述的第六电容的另一端为所述的第二非线性发生器的输出端，所述的第二非线性发生器的输出端输出所述的模拟预失真输出信号RFout，所述的第四偏置电路和所述的第五偏置电路的结构均与所述的第一偏置电路的结构相同。

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