CN202495912U - 一种基于前馈技术的功率放大器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于前馈技术的功率放大器装置，包括：对通信信号进行放大传输的主功放电路；对主功放电路传输的通信信号进行采样的误差采样电路；对误差采样电路输出的采样信号中落在有效工作频带范围外的互调失真IMD信号进行滤波的滤波电路；对滤波电路滤波后的采样信号中包含的射频载波信号进行对消处理的载波对消电路；和对载波对消电路处理后的采样信号中包含的落在有效工作频带范围内的IMD信号进行对消处理的IMD信号对消电路。采用本实用新型提出的技术方案，能够较好地避免落在有效工作频带范围外的IMD信号对信号传输造成干扰。

Description

一种基于前馈技术的功率放大器装置

技术领域

本实用新型涉及移动通信技术领域，尤其是涉及一种基于前馈技术的功率放大器装置。

背景技术

随着移动通信技术的发展，海外无线移动通信网络的覆盖规模也越来越大，对直放站和基站中的功率放大器(PA，Power Amplifier)提出了“多载波、高线性”的要求。由于海外运营商频段划分复杂，因此，具有多载波、高线性、混模、即时带宽宽等优点的前馈技术被海外运营商广泛应用。如图1所示的前馈技术的硬件组成结构框图，前馈技术主要有主路、误差采样路和两个环路构成，其中，主功放电路主要由信号输入端口101、第一耦合器102、调幅器103、主路功率放大器104、第二耦合器105、延时滤波器106、第三耦合器107以及信号输出端口108依次连接构成。误差采样路111由第二耦合器105和合路器连接构成。两个环路分别是载波对消环路LOOP1，也称之为互调失真(IMD，Intermodulation distortion)信号提取环路，其中，LOOP1主要由第二耦合器105、合路器109、延时线110，以及第一耦合器102依次连接组成。另一个环路是IMD信号互调对消环路LOOP2，用以实现IMD信号互调对消功能，主要由第二耦合器105、合路器109、调相器112、IMD信号相位翻转器113、误差路功率放大器114以及第三耦合器107依次连接组成。

基于图1所示的前馈技术的硬件组成结构，射频载波信号输入主路以后，误差采样路111中的第二耦合器105在主路中获得经过主路功率放大器104放大后的传输信号作为采样信号，其中该采样信号中包含射频载波信号和IMD信号，采样信号通过LOOP1环路后可以对消采样信号中的射频载波信号，对消了射频载波信号后的采样信号通过LOOP2环路进行放大调整及其反向对消，可以消除采样信号中落在有效工作频带范围内的IMD信号。

由于前馈技术中，在主路中的主路功放的瞬时带宽比较宽，在实际工程应用中，IMD信号不仅会落在有效工作频带范围内，有时候也会落在有效工作频带范围外，从而对有效工作频带内的有用信号造成干扰。当IMD信号落在有效工作频带范围外时，由图1可知，有效工作频带外的IMD信号被延时滤波器带外抑制，但是误差采样路的采样信号中包含的落在有效工作频带范围外的IMD信号，经过LOOP1环路和LOOP2环路的对消处理后还会剩下落在有效工作频带外的IMD信号，其会经过误差路功放114放大后通过第三耦合器107再与主路中延时滤波器106输出的射频载波信号合成，然后输出。这样，在主路中，最后输出的信号中将包含有射频载波信号和经过放大处理后的落在有效工作频带范围外的IMD信号，由于落在有效工作频带范围外的IMD信号经过LOOP2环路处理后，和主路的非线性失真IMD信号几乎相同，如果泄露到其它通信频段(尤其是上行频段)将造成严重的干扰，进而影响通信链路中的信号传输质量。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种基于前馈技术的功率放大器装置，用以避免落在有效工作频带范围外的IMD信号对信号传输造成干扰。

本实用新型实施例提供的技术方案如下：

一种基于前馈技术的功率放大器装置，包括：对通信信号进行放大传输的主功放电路；对主功放电路传输的通信信号进行采样的误差采样电路；对误差采样电路输出的采样信号中落在有效工作频带范围外的互调失真IMD信号进行滤波的滤波电路；对滤波电路滤波后的采样信号中包含的射频载波信号进行对消处理的载波对消电路；和对载波对消电路处理后的采样信号中包含的落在有效工作频带范围内的IMD信号进行对消处理的IMD信号对消电路。

采用上述实用新型技术方案，在采样得到的信号中包含落在有效工作频带范围外的IMD信号时，也能够有效滤除落在有效工作频带范围外的IMD信号，以保证不对有效通信频段内的通信信号传输造成干扰，提高了信号传输的质量。

附图说明

图1为现有技术中，提出的基于前馈技术的硬件组成结构框图；

图2为本实用新型实施例中，提出的基于前馈技术的线性功率放大器装置硬件组成结构框图；

图3为本实用新型实施例中，提出的IMD信号实测数据示意图；

图4为本实用新型实施例中，提出的微带滤波器HFSS模型示意图；

图5为本实用新型实施例中，提出的采用微带滤波器数据仿真示意图。

具体实施方式

针对现有技术中存在的在误差采样电路采样得到的信号中，包含落在有效工作频带范围外的IMD信号时，不能够将其有效的滤除，使得该落在有效工作频带范围外的IMD信号对其他有效通信频带内的通信信号传输造成干扰，影响信号传输质量的问题，本实用新型这里提出一种解决方案，在基于前馈技术的功率放大器电路中，添加一个滤波器，使用该滤波器将误差采样信号中包含的落在有效工作频带范围外的IMD信号滤除，以保证不对有效通信频段内的通信信号传输造成干扰，从而提高了信号传输的质量。

需要说明的是，本实用新型这里提出的有效工作频带，是指针对每一个移动通信运营商来说，都有其固有的分配好的工作频带，即每个运营商会根据分配好的工作频带，在该工作频带上设置不同信号的工作频点。

下面将结合各个附图对本实用新型实施例技术方案的主要实现原理、具体实施方式及其对应能够达到的有益效果进行详细地阐述。

实施例一

如图2所示，为本实用新型这里提出的一种基于前馈技术的功率放大器装置，包括对通信信号进行放大传输的主功放电路201，对主功放电路传输的通信信号进行采样的误差采样电路202，对误差采样电路202输出的采样信号中落在有效工作频带范围外的IMD信号进行滤波的滤波电路203，对滤波电路203滤波后的采样信号中包含的射频载波信号进行对消处理的载波对消电路204和对载波对消电路204处理后的采样信号中包含的落在有效工作频带范围内的IMD信号进行对消处理的IMD信号对消电路205。

其中，在基于前馈技术的功率放大器装置中，主功放电路201主要包括依次连接的信号输入端口101、第一耦合器102、调幅器103、主路功率放大器104、第二耦合器105、延时滤波器106、第三耦合器107以及信号输出端口108。

具体地，从信号输入端口101输入的至少两路射频载波信号通过调幅器103调整幅度后，传输至主路功率放大器104，由主路功率放大器104将该射频载波信号放大，形成主功放输出信号并输出，该主功放输出信号中包含有至少两路射频载波信号和由射频载波信号形成的IMD信号，在形成的IMD信号中，包括落在有效工作频带内和/或有效工作频带外的IMD信号。主功放电路201中包含的延时滤波器106能够将主功放输出信号中包含的落在有效工作频带范围外的IMD信号全部滤除。

在工程的实际应用中，每个设备均存在已经设置好的有效工作频带，各射频载波信号的工作频点均落在该有效工作频带范围内。并且，对于该有效工作频带范围，射频载波信号的工作频点可以相同，也可以不同。所以可以但不限于通过下述两种方法来确定主功放输出信号中包含的IMD信号是否落在有效工作频带内：

第一种方法，可以采用下述步骤来判断主功放输出信号中包含的IMD信号是否落在有效工作频带内：

步骤一：在主功放输出信号中，分别确定工作在有效工作频带范围内的射频载波信号的最小工作频点Fmin和最大工作频点Fmax。

步骤二：根据步骤一中确定出的Fmin和Fmax，采用下述公式1和公式2确定由射频载波信号经过主功放电路中的主路功率放大器放大后产生的IMD信号最小频点Imin和最大频点Imax：

Imin＝2Fmin-Fmax，公式1

Imax＝2Fmax-Fmin，公式2

其中，Imin表示最小频点的IMD信号，Imax表示最大频点的IMD信号，Fmin表示最小工作频点的射频载波信号，Fmax表示最大工作频点的射频载波信号。

步骤三：在步骤二中确定出最小频点的IMD信号和最大频点的IMD信号以后，可以但不限于采用下述两种方式来判断IMD信号是否在落在有效工作频带范围外：

A1：如果确定出最小频点的IMD信号Imin小于或者等于最小频点射频载波信号Fmin时，确定存在落在在有效工作频带范围外的IMD信号，否则，确定IMD信号落在有效工作频带范围内；和/或

A2：如果确定出最大频点的IMD信号Imax大于或者等于最大频点射频载波信号Fmax时，确定存在落在有效工作频带范围外的IMD信号，否则，确定IMD信号落在有效工作频带范围内。

第二种方法：可以在主功放输出信号中，确定各射频载波信号的工作频点，然后根据各射频载波信号的工作频点，分别确定出各射频载波信号的频点两两之间的间隔，在确定出射频载波信号频点之间的间隔大于或者等于预先设置的阈值时，，确定存在落在有效工作频带范围外的IMD信号，否则，确定IMD信号落在有效工作频带范围内。一种较佳地实现方式，本实用新型中将该预设的阈值设置为有效工作频带的1/2。

在基于前馈技术的功率放大器装置中，误差采样电路202主要包括第二耦合器105，该第二耦合器105从主路功率放大器104的输出端馈入主功放输出信号。其中，馈入的主功放输出信号中包含有至少两路射频载波信号和由射频载波信号形成的IMD信号，在形成的IMD信号中，包括落在有效工作频带内和/或有效工作频带外的IMD信号。

滤波电路203主要包括与第二耦合器105连接的滤波器111，较佳地，该滤波器111可以但不限于是微带滤波器或者介质滤波器，例如陶瓷滤波器等。

具体地，设置在滤波电路203中的滤波器111用于将第二耦合器105馈入的落在有效工作频带外的IMD信号滤除。使落在有效工作频带内的IMD信号和射频载波信号通过。

载波对消电路204包括依次连接的第二耦合器105、合路器109、延时线110和第一耦合器102。

具体地，载波对消电路204中的第一耦合器102从主路的信号输入端口101馈入射频载波信号，馈入的射频载波信号经过延时线110后传输至合路器109。并且载波对消电路204中的第二耦合器105从主路功率放大器104输出端馈入主功放输出信号，获得主功放输出信号中的射频载波信号，然后将该馈入的主功放输出信号传输至合路器109，合路器109将由第一耦合器102和第二耦合器105分别馈入的射频载波信号对消消除，留下主功放输出信号中的IMD信号。

IMD信号对消电路205，包括依次连接的第二耦合器105、合路器109、调相器112、IMD信号相位翻转器113、误差路功率放大器114以及第三耦合器107。

具体地，IMD信号对消电路205，用于对滤波电路203滤除落在有效工作频带范围外的IMD信号后，对落在有效工作频带范围内的IMD信号进行对消处理。其中，经过滤波电路203和载波对消电路204处理后的IMD信号中，只包含落在有效工作频带范围内的IMD信号。该落在有效工作频带范围内的IMD信号通过调相器112、IMD信号相位翻转器113处理后，经由误差路功率放大器114放大处理后，与第三耦合器107馈入的落在有效工作频带范围内的IMD信号进行对消处理。

实施例二

相应地，在上述实施例一的基础上，本实用新型实施例二这里进一步详细阐述本实用新型上述提出的基于前馈技术的功率放大器装置的具体工作原理。

如图2所示，射频载波信号通过信号输入端口101输入，经过第一耦合器102后，射频载波信号分成两路，一路通过主功放电路201传输，另一路经由第一耦合器102馈入，在载波对消电路204中传输。

具体地，通过主功放电路201传输的射频载波信号，通过调幅器103调整信号幅度，然后传输至主路功率放大器104，由主路功率放大器104将该信号进行功率放大，然后依次流经主路上的第二耦合器105、延时滤波器106以及第三耦合器107，最后由信号输出端108输出。

其中，由主路功率放大器104输出端输出的主功放输出信号中包含射频载波信号、落在有效工作频带范围外的IMD信号和/或落在有效工作频带范围内的IMD信号。主功放电路201中设置的延时滤波器106可以将主功放输出信号中包含的落在有效工作频带范围外的IMD信号滤除。

具体地，判断主功放输出信号中包含的IMD信号是否落在有效工作频带范围内的具体实现方法在上述实施例一中已经详细阐述，这里不再赘述。

从信号输入端101中输入的载波射频信号，分成两路后，其中一路经由载波对消电路204中的第一耦合器102从信号输入端101馈入，经过延时线110调节后输入合路器109。

误差采样电路202中的第二耦合器105从主路功率放大器104的输出端馈入主功放输出信号，并将馈入的主功放输出信号送入滤波电路203中设置的滤波器111中，由滤波器111将主功放输出信号中包含的落在有效工作频带范围外的IMD信号滤除，如图3所示圆形区域，然后将滤除后的信号传输至载波对消电路204中的合路器109中。最后，载波对消电路204包含的合路器109，将分别经由延时线110和滤波器111传输的两路载波信号对消掉。只剩下落在有效工作频带范围内的IMD信号。

较佳地，滤波电路203中设置的滤波器111可以但不限于是微带滤波器、介质滤波器等。例如，本实用新型这里分别采用陶瓷滤波器和微带滤波器，其中，陶瓷滤波器的主要参数可以参见表1所示。

表1陶瓷滤波器主要参数

较佳地，在滤波电路203中设置的滤波器111也可以是微带滤波器，其中，微带滤波器仿真模型可以参见图4所示，微带滤波器仿真数据可以参见图5所示。

经由载波对消电路204和滤波电路203处理后的传输信号中，只留下落在有效工作频带范围内的IMD信号，而落在有效工作频带范围内的IMD信号经由IMD信号对消电路205中设置的调相器112、IMD信号相位翻转器113处理后，传输至误差功率放大器114，误差功率放大器将该落在有效工作频带范围内的IMD信号放大，然后和第三耦合器107馈入的落在有效工作频带范围内的IMD信号进行对消处理，最终将得到的射频载波信号通过主功放电路201中的信号输出端口108输出。这样，在信号输出端口108输出的信号中，只包含射频载波信号。

采用本实用新型上述实施例提出的技术方案，通过增加一个滤波电路(图2所示的滤波器)，这样，在采样得到的信号中包含落在有效工作频带范围外的IMD信号时，也能够有效滤除落在有效工作频带范围外的IMD信号，以保证不对有效通信频段内的通信信号传输造成干扰，提高了信号传输的质量。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种基于前馈技术的功率放大器装置，其特征在于，包括：

对通信信号进行放大传输的主功放电路；

对主功放电路传输的通信信号进行采样的误差采样电路；

对误差采样电路输出的采样信号中落在有效工作频带范围外的互调失真IMD信号进行滤波的滤波电路；

对滤波电路滤波后的采样信号中包含的射频载波信号进行对消处理的载波对消电路；和

对载波对消电路处理后的采样信号中包含的落在有效工作频带范围内的IMD信号进行对消处理的IMD信号对消电路。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主功放电路包括：

依次连接的信号输入端口、第一耦合器、调幅器、主路功率放大器、第二耦合器、延时滤波器、第三耦合器以及信号输出端口。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述误差采样电路包括第二耦合器。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述滤波电路包括与第二耦合器连接的滤波器。

5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述载波对消电路包括：

依次连接的第二耦合器、合路器、延时线和第一耦合器。

6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述IMD信号对消电路包括：

依次连接的第二耦合器、合路器、调相器、IMD信号相位翻转器、误差路功率放大器以及第三耦合器。

7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述滤波器包括微带滤波器或者介质滤波器。

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