CN202435344U

CN202435344U - 一种行波管线性化器

Info

Publication number: CN202435344U
Application number: CN2012200480359U
Authority: CN
Inventors: 陈长伟; 秦开宇; 岳凯
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2022-02-15

Abstract

本实用新型公开了一种行波管线性化器，包括：第一混合接头、第二混合接头、线性支路和非线性支路，射频输入信号经第一混合接头分为两路，记为第一支路信号和第二支路信号，第一支路信号和第二支路信号分别输入到所述的线性支路和非线性支路，线性支路和非线性支路的输出信号经第二混合接头耦合成射频输出信号。本实用新型的行波管线性化器的结构简单，可以通过调整幅度扩张、相位扩张和非线性发生器的波形，调整线性化器的曲线，将线性化器匹配到不同的行波管功率放大器的特性，用来线性化不同的行波管放大器，以解决不同行波管之间的非线性差异的问题。

Description

一种行波管线性化器

技术领域

本实用新型属于功率放大器技术领域，具体涉及一种行波管线性化器。

技术背景

随着移动通信技术迅速发展，无线通信频段变得越来越拥挤，频谱资源越来越紧张，为了在有限的频谱范围内容纳更多的通信信道，人们提出了一些宽带数字传输技术(OFDM、WCDMA等)和高频谱利用率的调制方式(M-QAM等)。采用这些技术所传输的信号具有非恒定包络、宽频带和高峰平比等特点，当调制信号通过非线性的功率放大器后将产生带内和带外失真，导致输出信号频谱扩展，带外失真信号干扰邻近信道，带内失真信号增大通信系统误码率。为了保证通信的质量，现代通信系统对射频功率放大器的线性度提出了很高的要求，要求功率放大器具有很好的线性度、较高的效率和较高的输出功率。为了同时保证以上指标，除了采用高效率的功率放大器结构之外，功率放大器线性化技术的应用也成为必然。功率放大器线性化技术已成为下一代无线通信系统的关键技术之一。在现代通信系统中，行波管功率放大器得到了广泛的应用，由于工艺的原因，尤其是国内的行波管，行波管与行波管之间的非线性特性不同，按常规做法需要针对不同的行波管非线性进行不同的线性化器定制，成本很高，因此有必要设计一种可调的线性化器，以适用于不同特性的行波管的线性化。

常用的功率放大器线性化技术有功率回退法、前馈法、负反馈法和预失真技术等。功率回退法是传统而有效的一种方法，然而，工作点的回退降低了功放的电源利用效率并导致很高的热耗散；前馈法能够在较宽的带宽内获得较好的效果，是目前比较成熟的一种线性化技术，但其缺点是效率低且系统复杂；负反馈法是用增益换取线性度，其窄带宽和稳定性问题限制了其应用；预失真技术又分为模拟预失真技术和数字预失真技术，数字预失真技术具有稳定、高效、宽带宽与自适应等优势，能达到中等程度的线性化，但是不能应用于输入输出皆为射频信号的场合。模拟预失真尤其是射频模拟预失真线性化器具有体积小、成本低、电路实现简单、在微波毫米波频段绝对带宽大等优点，并且可以获得相当的线性化效果。

中国实用新型专利CN101567667A公开了一种增强型模拟预失真线性化功率放大器，但是所述模拟预失真线性化功率放大器用于WCDMA移动通信中，频段较低，不能用于Ku波段。中国实用新型专利CN1396707A公开了一种预失真线性化电路以及预失真的失真补偿方法，程序和介质，但所述预失真线性化电路是用于便携式电话的移动单元的通信基站登较低的频段，也不能用于频率较高的Ku频段。中国实用新型专利CN101807886A公开了一种射频功率放大装置及其模拟预失真校正方法。所述模拟预失真校正方法是基于第三代移动通信技术等频率较低的场合，也不能用于Ku波段的应用。而且对于以上所述预失真线性化器，大部分电路结构比较复杂，不利于线性化射频功放的小型化和低成本设计。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有的预失真线性化功率放大器结构复杂以及不能对不同特性的行波管放大器进行线性化的问题，提出了一种行波管线性化器。

本实用新型的技术方案是：一种行波管线性化器，包括：第一混合接头、第二混合接头、线性支路和非线性支路，射频输入信号经第一混合接头分为两路，记为第一支路信号和第二支路信号，第一支路信号和第二支路信号分别输入到所述的线性支路和非线性支路，线性支路和非线性支路的输出信号经第二混合接头耦合成射频输出信号。

所述线性支路包括第一衰减器、第一群时延单元和第一移相器，第一支路信号依次经过第一衰减器、第一群时延单元和第一移相器，其中，第一衰减器用于调节信号的幅度，第一群时延单元用于调节信号的时延，第一移相器用于调节信号的相位；

所述非线性支路包括第一非线性发生器、第二群时延单元和第二移相器，第二支路信号依次经过第一非线性发生器、第二群时延单元和第二移相器，其中，第一非线性发生器用于使得第二支路信号产生增益压缩和相位压缩，产生非线性失真信号；第二群时延单元用于调节产生的非线性失真信号的时延；第二移相器用于调节经过第二群时延单元之后的信号的相位。

本实用新型的有益效果：本实用新型的行波管线性化器的结构简单，可以通过调整幅度扩张、相位扩张和非线性发生器的波形，调整线性化器的曲线，将线性化器匹配到不同的行波管功率放大器的特性，用来线性化不同的行波管放大器，解决了不同行波管之间的非线性差异的问题，以可调的行波管线性化器对不同的行波管放大器进行线性化，降低成本，加快调试生产调期。本实用新型提供了一种电路结构简单、体积小、适用于Ku波段等较高频率应用场合的模拟预失真线性化器。

附图说明

图1是本实用新型的行波管线性化器的结构示意图。

图2是本实用新型实施例中第一非线性发生器的结构示意图。

图3是本实用新型实施例中第一非线性发生器的另一个结构示意图。

图4是本实用新型实施例中移相器的结构示意图。

图5是本实用新型实施例中衰减器结构示意图。

图6是本实用新型实施例中衰减器的另一个结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型作进一步的阐述。

本实用新型的行波管线性化器的结构示意图如图1所示，包括：第一混合接头、第二混合接头、线性支路和非线性支路，射频输入信号经第一混合接头分为两路，记为第一支路信号和第二支路信号，第一支路信号和第二支路信号分别输入到所述的线性支路和非线性支路，线性支路和非线性支路的输出信号经第二混合接头矢量耦合成射频输出信号。

这里，所述线性支路包括第一衰减器、第一群时延单元和第一移相器，第一支路信号依次经过第一衰减器、第一群时延单元和第一移相器，其中，第一衰减器用于调节信号的幅度，第一群时延单元用于调节信号的时延，第一移相器用于调节信号的相位；

这里，所述非线性支路包括第一非线性发生器、第二群时延单元和第二移相器，第二支路信号依次经过第一非线性发生器、第二群时延单元和第二移相器，其中，第一非线性发生器用于使得第二支路信号产生增益压缩和相位压缩，产生非线性失真信号；第二群时延单元用于调节产生的非线性失真信号的时延；第二移相器用于调节经过第二群时延单元之后的信号的相位。

通过第一衰减器调节线性支路的幅度，从而调节线性支路和非线性支路的幅度差，从而达到调节整个线性化器输出特性曲线的幅度扩张和相位扩张的效果。

通过第一群时延单元和第二群时延单元调节线性支路和非线性支路的时延匹配程度。

通过调节第一移相器和第二移相器，调节线性支路和非线性支路的相移，可使线性支路和非线性支路达到最优匹配，同时可以反相调节整个行波管线性化器输出特性曲线的幅度扩张和相位扩张。

通过调节第一非线性发生器中的第一直流馈电单元(采用如图2所示的方案时)，或者通过调节第一非线性发生器中的第二直流馈电单元(采用如图3所示的方案时)，调整非线性发生器的非线性点，调节非线性发生器的波形。

这里，第一混合接头和第二混合接头均为3dB混合接头，可以用分支线电桥，也可以用Wilkinson功分器代替。

这里，第一非线性发生器如图2所示，所述第一非线性发生器由第一微带线单元、第二微带线单元、第三微带线单元、第一直流馈电单元和第一肖特基二极管组成，所述第一微带线单元和第二微带线单元级联，所述第一直流馈电单元并联接在所述第一微带线单元上，所述第三微带线单元并联接在所述第一微带线单元和所述第二微带线单元中间，所述第一肖特基二极管与所述第三微带线单元级联，第一肖特基二极管的另一端接地。

肖特基二极管可以为单管，也可以为双管，双管的连接方式可以为同向，也可以为反向。

第一非线性发生器也可以由3dB耦合器和两个肖特基二极管构成，如图3所示。所述第一非线性发生器由第四微带线单元、第五微带线单元、第一3dB耦合器、第二肖特基二极管、第三肖特基二极管、第二直流馈电单元组成，所述第四微带线单元与第一3dB耦合器的输入端相连，所述第五微带线单元与第一3dB耦合器的隔离端相连，所述第二肖特基二极管和第三肖特基二极管分别与第一3dB耦合器的另外两端相连，第二肖特基二极管和第三肖特基二极管的另一端接地，所述第二直流馈电单元并联接在第四微带线单元上。

在非线性支路中，第二支路信号首先通过第一非线性发生器，由于肖特基二极管的特性，随着信号功率的增加，其增益和相移变小，产生增益压缩和相位压缩，即产生非线性。

这里，第一移相器和第二移相器采用HITTITE公司的HMC247。

第一移相器和第二移相器也可由变容二极管构建，如图4所示。所述第一移相器和第二移相器的原理图和如图3所示的非线性发生器相比，除了将肖特基二极管换成变容二极管之外，其它的元件和连接关系完全相同。

具体为：所述移相器由第六微带线单元、第七微带线单元、第二3dB耦合器、第一变容二极管、第二变容二极管、第三直流馈电单元组成，所述第六微带线单元与第二3dB耦合器的输入端相连，所述第七微带线单元与第二3dB耦合器的隔离端相连，所述第一变容二极管和第二变容二极管分别与第二3dB耦合器的另外两端相连，第一变容二极管和第二变容二极管的另一端接地，所述第三直流馈电单元并联接在第六微带线单元上。

这里，第一衰减器由单个PIN二极管构建，如图5所示，所述第一衰减器的原理图和如图2所示的非线性发生器相比，除了将肖特基二极管换成PIN二极管之外，其它的元件和连接关系完全相同。

具体为：所述第一衰减器由第八微带线单元、第九微带线单元、第十微带线单元、第四直流馈电单元和第一PIN二极管组成，所述第八微带线单元和第九微带线单元级联，所述第四直流馈电单元并联接在所述第八微带线单元上，所述第十微带线单元并联接在所述第八微带线单元和所述第九微带线单元中间，所述第一PIN二极管与所述第十微带线单元级联，第一PIN二极管的另一端接地。

第一衰减器也可以由3dB耦合器和两个PIN二极管构成，如图6所示。所述第一衰减器的原理图和如图3所示的非线性发生器相比，除了将肖特基二极管换成PIN二极管外，其它的元件和连接关系完全相同。

具体为：所述非线性发生器由第十一微带线单元、第十二微带线单元、第三3dB耦合器、第二PIN二极管、第三PIN二极管、第五直流馈电单元组成，所述第十一微带线单元与第三3dB耦合器的输入端相连，所述第十二微带线单元与第三3dB耦合器的隔离端相连，所述第二PIN二极管和第三PIN二极管分别与第三3dB耦合器的另外两端相连，第二PIN二极管和第三PIN二极管的另一端接地，所述第五直流馈电单元并联接在第十一微带线单元上。

第一移相器和第二移相器采用类似的结构，第一衰减器和第一非线性发生器采用类似的结构，这样线性支路和非线性支路形成对称结构，通过对称结构，信号经历类似的时间延迟，通过第一移相器和第二移相器，构成线性支路和非线性支路的差分移相器，扩大相位调节的范围；第一非线性发生器为可调非线性发生器，可以调节非线性发生器的非线性特性曲线，而传统的线性化器不能调节非线性曲线的形状。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种行波管线性化器，其特征在于，包括：第一混合接头、第二混合接头、线性支路和非线性支路，射频输入信号经第一混合接头分为两路，记为第一支路信号和第二支路信号，第一支路信号和第二支路信号分别输入到所述的线性支路和非线性支路，线性支路和非线性支路的输出信号经第二混合接头耦合成射频输出信号。

2.根据权利要求1所述的行波管线性化器，其特征在于，所述线性支路包括第一衰减器、第一群时延单元和第一移相器，第一支路信号依次经过第一衰减器、第一群时延单元和第一移相器，其中，第一衰减器用于调节信号的幅度，第一群时延单元用于调节信号的时延，第一移相器用于调节信号的相位；

3.根据权利要求2所述的行波管线性化器，其特征在于，所述的第一混合接头和第二混合接头均为3dB混合接头。

4.根据权利要求2所述的行波管线性化器，其特征在于，所述第一非线性发生器由第一微带线单元、第二微带线单元、第三微带线单元、第一直流馈电单元和第一肖特基二极管组成，所述第一微带线单元和第二微带线单元级联，所述第一直流馈电单元并联接在所述第一微带线单元上，所述第三微带线单元并联接在所述第一微带线单元和所述第二微带线单元中间，所述第一肖特基二极管与所述第三微带线单元级联，第一肖特基二极管的另一端接地。

5.根据权利要求2所述的行波管线性化器，其特征在于，所述第一非线性发生器由第四微带线单元、第五微带线单元、第一3dB耦合器、第二肖特基二极管、第三肖特基二极管、第二直流馈电单元组成，所述第四微带线单元与第一3dB耦合器的输入端相连，所述第五微带线单元与第一3dB耦合器的隔离端相连，所述第二肖特基二极管和第三肖特基二极管分别与第一3dB耦合器的另外两端相连，第二肖特基二极管和第三肖特基二极管的另一端接地，所述第二直流馈电单元并联接在第四微带线单元上。

6.根据权利要求2所述的行波管线性化器，其特征在于，所述移相器由第六微带线单元、第七微带线单元、第二3dB耦合器、第一变容二极管、第二变容二极管、第三直流馈电单元组成，所述第六微带线单元与第二3dB耦合器的输入端相连，所述第七微带线单元与第二3dB耦合器的隔离端相连，所述第一变容二极管和第二变容二极管分别与第二3dB耦合器的另外两端相连，第一变容二极管和第二变容二极管的另一端接地，所述第三直流馈电单元并联接在第六微带线单元上。

7.根据权利要求2所述的行波管线性化器，其特征在于，所述第一衰减器由第八微带线单元、第九微带线单元、第十微带线单元、第四直流馈电单元和第一PIN二极管组成，所述第八微带线单元和第九微带线单元级联，所述第四直流馈电单元并联接在所述第八微带线单元上，所述第十微带线单元并联接在所述第八微带线单元和所述第九微带线单元中间，所述第一PIN二极管与所述第十微带线单元级联，第一PIN二极管的另一端接地。

8.根据权利要求2所述的行波管线性化器，其特征在于，所述非线性发生器由第十一微带线单元、第十二微带线单元、第三3dB耦合器、第二PIN二极管、第三PIN二极管、第五直流馈电单元组成，所述第十一微带线单元与第三3dB耦合器的输入端相连，所述第十二微带线单元与第三3dB耦合器的隔离端相连，所述第二PIN二极管和第三PIN二极管分别与第三3dB耦合器的另外两端相连，第二PIN二极管和第三PIN二极管的另一端接地，所述第五直流馈电单元并联接在第十一微带线单元上。

9.根据权利要求4所述的行波管线性化器，其特征在于，所述肖特基二极管为单管或双管。

10.根据权利要求9所述的行波管线性化器，其特征在于，所述双管的连接方式为同向或反向。