CN201425962Y

CN201425962Y - 增益均衡器

Info

Publication number: CN201425962Y
Application number: CN2009200571500U
Authority: CN
Inventors: 蒋伯川; 蒋祥茂
Original assignee: Comba Telecom Systems China Ltd
Current assignee: Comba Network Systems Co Ltd
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2019-05-22

Abstract

本实用新型涉及移动通信系统中射频电路设计领域，提出一种新的增益均衡器来改善射频电路的增益平坦度。这种增益均衡器具体包括：微带耦合器、电容和电阻；其中，微带耦合器的耦合度为30dB；电容位于微带耦合器的耦合端；电阻位于微带耦合器的隔离端。本实用新型提出的增益均衡器通过对微带耦合器的尺寸、电容位置和电阻阻值的限定使其将达到改善增益平坦度的目的。本实用新型结构简单，体积小巧，并且调整方便，适合集成于商用通信射频电路中使用。

Description

增益均衡器

技术领域

本实用新型涉及移动通信系统中射频电路设计领域，具体为一种增益均衡器。

背景技术

随着高速通信线路的发展，新一代通讯体制对功率放大器的线性度的要求越来越高。功率放大器作为通信系统的核心部分，它的功率、带宽和效率等指标直接影响着系统的性能。功率放大器的线性化技术包括预失真、前馈和负反馈等等，其中前馈技术由于其稳定的高线性和通用性，是目前功率放大器技术中最先进并且也是发展最迅速的方法，已经得到广泛的使用。

前馈系统要求的技术高，而且控制系统复杂，其中提取交调信息的误差环路的相位和幅度的平衡度至关重要。根据公式

上式中，ΔG是幅度不平衡度，

是相位不平衡度，ΔIMD为交调改善度，ΔIMD要改善25dB以上，ΔG和要分别改善至小于0.5dB和2°。因此，对环路的相位和幅度的控制将极大地影响系统的对消效果，这也是前馈技术的关键和难点所在。

射频电路的增益平坦度，即上述公式中的幅度不平衡度ΔG，是由电路的核心器件决定的。例如对放大器来说其核心器件为功放管，大功率功放管本身的增益平坦度指标很差，要靠调节相应的匹配电路来进行改善。但这种方法实施起来难度较大，且在宽带时很难实现。由于调节匹配电路往往需要兼顾整个电路的所有指标，在调节时很容易出现顾此失彼的情况，即无法使各项指标同时达到满意的状况。如果引入增益均衡器，对于增益引起的幅度不平坦问题可以采用均衡器来补偿，则功放管即可只关注例如线性、效率等重要的指标，对其他指标没有影响，能够降低调试的难度。但现有的增益均衡器主要由波导或同轴谐振器结构的金属腔体谐振器，应用于军用领域。由于需求及使用领域的不同，军用品的指标和商用品的指标也不相同。例如增益均衡器的性价比、增益均衡器的使用频段等等指标都不相同，这使得军用的增益均衡器不适用于商用的移动通信系统之中。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提出一种商用的增益均衡器，实现对射频电路的增益平坦度的改善。

本实用新型提出的增益均衡器，包括：微带耦合器、电容和电阻；所述微带耦合器的耦合度为30dB；所述电容位于所述微带耦合器的耦合端，移动所述电容的位置，可以改变所述增益均衡器的幅频曲线频率谐振点位置；所述电阻位于所述微带耦合器的隔离端，所述电阻值的增大使得所述增益均衡器的幅频曲线衰减幅度增大。

优选地，所述微带耦合器包含平行耦合线式微带耦合器。

优选地，所述平行耦合线式微带耦合器为交指结构。

优选地，在869～894MHz频段，耦合线长度为1000mil，电容间距为541mil，第一交指缝隙宽度为15mil，交指宽度为23mil，第二交指缝隙宽度为10mil，交叠长度为20mil，交指节数为2。所述电阻值的取值范围为560～1KΩ。

优选地，在925～960MHz频段，耦合线长度为1000mil，电容间距为388mil，第一交指缝隙宽度为15mil，交指宽度为23mil，第二交指缝隙宽度为10mil，交叠长度为20mil，交指节数为2。所述电阻值的取值范围为510～1KΩ。

优选地，在1805～1880MHz频段，耦合线长度为362mil，电容间距为323mil，第一交指缝隙宽度为15mil，交指宽度为16mil，第二交指缝隙宽度为10mil，交叠长度为39mil，交指节数为1。所述电阻值的取值范围为1K～1.8KΩ。

优选地，在1930～1990MHz频段，耦合线长度为362mil，电容间距为247mil，第一交指缝隙宽度为15mil，交指宽度为16mil，第二交指缝隙宽度为10mil，交叠长度为39mil，交指节数为1。所述电阻值的取值范围为1K～2KΩ。

优选地，在2110～2170MHz频段，耦合线长度为362mil，电容间距为141mil，第一交指缝隙宽度为15mil，交指宽度为16mil，第二交指缝隙宽度为10mil，交叠长度为39mil，交指节数为1。所述电阻值的取值范围为1.2K～2.2KΩ。

本实用新型是针对商用频段开发，适用于商用的移动通信系统。该增益均衡器是在现有的微带耦合器上加载电容电阻，使用最简单的元器件来构成增益均衡器。本实用新型通过以下三方面：一、对微带耦合器自身尺寸有着限定；二、对微带耦合器的耦合端加载的电容的间距的不同限定，这样可以控制谐振点的位置，从而控制幅频曲线的形状，可以将幅频曲线调整至所需的形状；三、对微带耦合器的隔离端的电阻值的限定，以达到控制幅度衰减量的大小，从而将幅度不平衡度改善至所期望的指标范围内；最终通过以上三个方面实现对射频电路增益平坦度的改善。

附图说明

图1为增益均衡器的外形尺寸示意图；

图2为对反射损耗幅度dB_S11和dB_S22仿真的示意图；

图3为随电容位置变化的S21的幅频曲线仿真示意图；

图4为随电容位置变化的S21的相频曲线仿真示意图；

图5为随电阻阻值变化的S21的幅频曲线仿真示意图；

图6为随电阻阻值变化的S21的相频曲线仿真示意图；

图7是1930～1990MHz频段的增益均衡器的衰减曲线示意图；

图8是1930～1990MHz频段的增益均衡器针对图7结果增大电阻后的衰减曲线示意图；

图9是电容位置右移之后增益均衡器的衰减曲线示意图；

图10是电容位置左移之后增益均衡器的衰减曲线示意图；

图11是一个900MHz的功放的增益及相位不平衡度示意图；

图12是补偿功放用的增益均衡器的幅频曲线及相位波动示意图；

图13是经过增益均衡器补偿后的功放的增益波动曲线示意图；

图14是经过增益均衡器补偿后的功放的相位波动曲线示意图。

具体实施方式

移动通信的高速发展对通信系统的要求也越来越高，尤其是对功率放大器这样的通信系统核心部分，线性度的要求特别严格。但是功率放大器中的功放管由于其自身带内增益波动较大，经常导致幅度不平衡度这个指标不能满足系统要求。而现有技术中使用匹配电路来改善幅度不平衡度方法实施难度较大，在引入增益均衡器之后，只需关注几个重要指标即可，这能直接降低改善射频电路幅度不平衡度的调试难度。

实施例1：

本实用新型提出了一种增益均衡器，包括：微带耦合器、电容和电阻；微带耦合器的耦合度为30dB；电容位于所述微带耦合器的耦合端，移动电容的位置，可以改变增益均衡器的幅频曲线频率谐振点位置；电阻位于微带耦合器的隔离端，电阻值的增大使得增益均衡器的幅频曲线衰减幅度增大。

增益均衡器的技术方案中只对微带耦合器的耦合度有要求，而现有的微带耦合器有分支线、耦合线、兰格和混合环等结构，这些微带耦合器只要耦合度能够满足要求，同样可以实现效果。由于平行耦合线式微带耦合器是结构较为简单应用最广泛的一种结构，本实施例采用平行线式微带耦合器来构成增益均衡器，使得本实用新型的应用面更加广泛。

另外，现有射频电路应用之中，大都采用仿真工具来进行辅助设计。在确定微带耦合器的耦合度之后，30dB耦合度的平行线式微带耦合器的尺寸可以由仿真工具快速而准确的确定。但现有商用频段包含869～894MHz、925～960MHz、1805～1880MHz、1930～1990MHz、2110～2170MHz等频段，每个频段不同。根据仿真结果，可以得出：频段越高，耦合线长度越短。但频段较低，耦合线长度也会相应较长，使得增益均衡器的尺寸较大，不能满足体积小巧的要求。本实施例采用交指结构的平行耦合线式微带耦合器，交指结构的作用在于可以显著减小电路的长度，使得增益均衡器的尺寸要求和频段适用范围不发生矛盾。

如图1所述，图1为增益均衡器的外形尺寸示意图，其中A为耦合线长度，B为电容间距，C为第一交指缝隙宽度，D为交指宽度，E为第二交指缝隙宽度，F为交叠长度。

下面就本实用新型提出的增益均衡器的仿真过程作一下描述，其作用仅仅在于为改善幅度不平衡度的调试指出方向，使得调试的过程时间更短，更快实现效果。在整个仿真过程中使用的仿真工具是ADS软件，主要仿真以下几个参数：

dB_S11及dB_S22，反射损耗幅度；

dB_S21，正向传输的幅度；

Phase_S21，正向传输的相位。

仿真的结果如图2，图3和图4所示。

图2为对反射损耗幅度dB_S11和dB_S22仿真的示意图，图中下方的曲线1为参数S11的反射损耗幅度曲线，图中上方的曲线2为参数S22的反射损耗幅度曲线。

图3和图4为对电容位置进行调节并分析的结果。图3为随电容位置变化的S21的幅频曲线示意图，点m1和点m2分别为波形的波峰点、波谷点。图4为随电容位置变化的S21的相频曲线示意图，可以观察出相位的不平衡度。从图3可以看出，改变电容位置，就可以改变电路的谐振点。这样很容易调整S21幅频曲线的谐振点位置，而且从图中可以看出，曲线的衰减幅度保持不变，可以将幅频曲线调整至所需的形状。从图4可以看出，相频曲线的波动并不随电容位置的变化而变化，电容间距越小，曲线带宽越窄。

图5和图6为对电阻值进行调节并分析的结果。图5为随电阻值变化的S21的幅频曲线，点m1和点m2分别为波形的波峰点、波谷点。图6为随电阻值变化的S21的相频曲线。从图5可以看出，随着加载的电阻值增大，S21的幅频曲线带宽变窄，衰减幅度增大。从图6可以看出，随着加载的电阻值增大，S21的相频曲线的波动变大。

以上较为详细的描述了一个典型的增益均衡器的各个参数对幅频和相频曲线的影响，通过分析仿真的数据，可以得出一些结论。

改变电容的位置，可以改变谐振点的位置，从而控制幅频曲线的形状。而改变电阻的阻值，可以改变增益均衡器的可调幅度和相位不平衡度，但这两个指标通常是相互制约的。

下面以一个增益均衡器的具体调节过程来验证上述仿真结论。图7至图10是用网络分析仪测量的一个1930～1990MHz频段的增益均衡器指标结果示意图。

图7是该增益均衡器的衰减曲线示意图，从图中可以看到，最低点在频段正中。图8是根据图7的结果增大电阻之后的衰减曲线示意图，从图中曲线的变化可以清楚看到，电阻的增大使得衰减量增加。而这个结果的变化规律跟上述图5的仿真结果的变化规律是相同的。同样，图8中相频曲线的变化规律跟图6的仿真结果的变化规律也是相同的。

图9是电容位置右移之后增益均衡器的衰减曲线示意图，如图所示，在电容位置稍微往右移动之后，衰减曲线的最低点往低频方向移动。图10是电容位置左移之后增益均衡器的衰减曲线示意图，如图所示，在电容位置稍微往左移动之后，衰减曲线的最低点往高频方向移动。图9与图10中显示出来的实际变化规律和图3与图4显示出来的仿真结果变化规律是相同的。

之所以在前述文字中描述仿真和实际调试的方法及相应过程，是为了确定该增益均衡器的尺寸结构。而从仿真与实际调试的过程中所得到的变化规律中，不同频段确定的增益均衡器尺寸分别不同。由于本实用新型采用的是使用交指结构的平行线式微带耦合器，在这个增益均衡器中，相应的结构尺寸包含耦合线长度、电容间距、第一交指缝隙宽度、交指宽度、第二交指缝隙宽度、交叠长度和交指节数。在这些尺寸之中，电容间距即为电容的位置，一般通过略微调整电容间距的值来微调电容的位置。

在869～894MHz频段，根据仿真和实际调试最终确定的尺寸分别为：耦合线长度为1000mil，电容间距为541mil，第一交指缝隙宽度为15mil，交指宽度为23mil，第二交指缝隙宽度为10mil，交叠长度为20mil，交指节数为2。相应的电阻值的取值范围为560～1KΩ。随着电阻值的增大，相应的幅度不平衡度也在增大。为了达到将幅度不平衡度控制在0.5dB以下，电阻的阻值不能超过1KΩ。由于可调幅度和相位不平衡度是两个相互制约的指标，在560～1KΩ这个范围内既能改善幅度不平衡度，同时保证相位不平衡度指标也是能够接受的。

在925～960MHz频段，根据仿真和实际调试最终确定的尺寸分别为：耦合线长度为1000mil，电容间距为388mil，第一交指缝隙宽度为15mil，交指宽度为23mil，第二交指缝隙宽度为10mil，交叠长度为20mil，交指节数为2。电阻值的取值范围为510～1KΩ。同样，此处在925～960MHz频段，电阻值取值范围限定为510～1KΩ能够同时兼顾幅度不平衡度和相位不平衡度。

在1805～1880MHz频段，根据仿真和实际调试最终确定的尺寸分别为：耦合线长度为362mil，电容间距为323mil，第一交指缝隙宽度为15mil，交指宽度为16mil，第二交指缝隙宽度为10mil，交叠长度为39mil，交指节数为1。电阻值的取值范围为1K～1.8KΩ。此处在1805～1880MHz频段，电阻值取值范围限定为1K～1.8KΩ能够在达到改善幅度不平衡度的效果时，同样兼顾幅度不平衡度和相位不平衡度，使两者指标都满足指定范围内。

在1930～1990MHz频段，根据仿真和实际调试最终确定的尺寸分别为：耦合线长度为362mil，电容间距为247mil，第一交指缝隙宽度为15mil，交指宽度为16mil，第二交指缝隙宽度为10mil，交叠长度为39mil，交指节数为1。电阻值的取值范围为1K～2KΩ。为了使幅度不平衡度达到0.5dB之下，一般要求电阻取值不超过2KΩ；取值范围在1K～2KΩ之间能够使相位不平衡度同时也满足指标要求。

在2110～2170MHz频段，根据仿真和实际调试最终确定的尺寸分别为：耦合线长度为362mil，电容间距为141mil，第一交指缝隙宽度为15mil，交指宽度为16mil，第二交指缝隙宽度为10mil，交叠长度为39mil，交指节数为1。电阻值的取值范围为1.2K～2.2KΩ。电阻值不超过2.2KΩ，能够将幅度不平衡度改善至0.5dB以下；在1.2K～2.2KΩ之间能够同时满足改善幅度不平衡度和相位不平衡度的要求。

引入增益均衡器，目的在于改善射频电路增益平坦度，即改善幅度不平衡度这项指标。在本实施例中将以一个900MHz频段的功放为例，来阐述该增益均衡器对功放的增益平坦度的补偿作用。

图11是一个900MHz的功放的增益及相位不平衡度示意图，从图中可以看到，从905～980MHz的带宽内，增益波动是1.25dB，相位不平衡度是1.99°，相应带内增益最高点在高频点处。

图12是补偿功放用的增益均衡器的幅频曲线及相位波动。其中，该增益均衡器的尺寸为：耦合线长度为1000mil，电容间距为388mil，第一交指缝隙宽度为15mil，交指宽度为23mil，第二交指缝隙宽度为10mil，交叠长度为20mil，交指节数为2。为满足功放增益曲线在高频点最高的情况，已经有目的的把增益均衡器的衰减最大点调整到高频处，可以看出，补偿的增益波动约0.7dB。

图13是经过增益均衡器补偿后的功放的增益波动曲线，可以看出带内波动降低到了0.67dB。图像上部的曲线是补偿之前的增益波动曲线，与补偿前相比较，增益不平衡度改善了约1.25-0.67＝0.58dB。

图14是经过增益均衡器补偿后的功放的相位波动曲线。比较图11与图14，可以看出功放的相位波动也有所改善，由2°降低到1.5°。

本实用新型提出了一种新的增益均衡器来改善射频电路的增益平坦度，这种增益均衡器具有频率可调和衰减可调的优点，可以满足给定衰减特性曲线逐点要求，以提供满意的增益-频率特性。而且本实用新型的产品调整方便，体积小巧，便于集成在电路中使用。

以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种增益均衡器，其特征在于，包括：微带耦合器、电容和电阻；所述微带耦合器的耦合度为30dB；所述电容位于所述微带耦合器的耦合端，移动所述电容的位置，可以改变所述增益均衡器的幅频曲线频率谐振点位置；所述电阻位于所述微带耦合器的隔离端，所述电阻值的增大使得所述增益均衡器的幅频曲线衰减幅度增大。

2.根据权利要求1所述的增益均衡器，其特征在于，所述微带耦合器包含平行耦合线式微带耦合器。

3.根据权利要求2所述的增益均衡器，其特征在于，所述平行耦合线式微带耦合器为交指结构。

4.根据权利要求3所述的增益均衡器，其特征在于，在869～894MHz频段，耦合线长度为1000mil，电容间距为541mil，第一交指缝隙宽度为15mil，交指宽度为23mil，第二交指缝隙宽度为10mil，交叠长度为20mil，交指节数为2。

5.根据权利要求4所述的增益均衡器，其特征在于，所述电阻值的取值范围为560～1KΩ。

6.根据权利要求3所述的增益均衡器，其特征在于，在925～960MHz频段，耦合线长度为1000mil，电容间距为388mil，第一交指缝隙宽度为15mil，交指宽度为23mil，第二交指缝隙宽度为10mil，交叠长度为20mil，交指节数为2。

7.根据权利要求6所述的增益均衡器，其特征在于，所述电阻值的取值范围为510～1KΩ。

8.根据权利要求3所述的增益均衡器，其特征在于，在1805～1880MHz频段，耦合线长度为362mil，电容间距为323mil，第一交指缝隙宽度为15mil，交指宽度为16mil，第二交指缝隙宽度为10mil，交叠长度为39mil，交指节数为1。

9.根据权利要求8所述的增益均衡器，其特征在于，所述电阻值的取值范围为1K～1.8KΩ。

10.根据权利要求3所述的增益均衡器，其特征在于，在1930～1990MHz频段，耦合线长度为362mil，电容间距为247mil，第一交指缝隙宽度为15mil，交指宽度为16mil，第二交指缝隙宽度为10mil，交叠长度为39mil，交指节数为1。

11.根据权利要求10所述的增益均衡器，其特征在于，所述电阻值的取值范围为1K～2KΩ。

12.根据权利要求3所述的增益均衡器，其特征在于，在2110～2170MHz频段，耦合线长度为362mil，电容间距为141mil，第一交指缝隙宽度为15mil，交指宽度为16mil，第二交指缝隙宽度为10mil，交叠长度为39mil，交指节数为1。

13.根据权利要求12所述的增益均衡器，其特征在于，所述电阻值的取值范围为1.2K～2.2KΩ。