CN209419582U - 一种超线性短波放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超线性短波放大器，包括误差提取环和误差抵消环，其中，采用耦合器1、预失真模块1、主平衡放大器、耦合器3、衰减器1、合成器2和延迟电路1共同构成误差提取环，采用耦合器3、衰减器1、合成器2、预失真模块2、副平衡放大器、衰减器2、合成器4和延迟电路2共同构成误差抵消环，主平衡放大器和副平衡放大器均采用平衡电路结构形式。其应用时，结合预失真技术、功率回退技术和平衡电路技术来有效提高放大器的线性度。

Description

一种超线性短波放大器

技术领域

本实用新型涉及短波通信放大器技术领域，具体涉及一种超线性短波放大器。

背景技术

现代通信领域中，随着对系统动态范围要求的提高，对模拟接收前端OIP3、OIP2等指标也提出了更高的要求，接收前端高动态实现的瓶颈在于末级放大器的线性度，目前短波接收频段的接收前端均采用了输出P-1的功率放大器作为末级放大，但其线性度较差问题还没有得到较好的解决。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种超线性短波放大器，其应用时，结合预失真技术、功率回退技术和平衡电路技术来有效提高放大器的线性度。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种超线性短波放大器，包括耦合器1、耦合器3、预失真模块1、预失真模块2、主平衡放大器、副平衡放大器、合成器2、合成器4、衰减器1、衰减器2、延迟电路1和延迟电路2，所述耦合器1的输入端接输入主信号，其输出端分别对接预失真模块1和延迟电路1，预失真模块1的输出端连接主平衡放大器，主平衡放大器输出端接耦合器3，耦合器3的一个输出端接衰减器1，衰减器1和延迟电路1输出端分别接入合成器2的两输入端，合成器2的输出端接预失真模块2，预失真模块2输出端接副平衡放大器，副平衡放大器输出端接衰减器2，耦合器3的另一个输出端接延迟电路2，衰减器2和延迟电路2的输出端分别接入合成器4的两输入端，合成器4的输出端输出最终放大后的主信号，耦合器1、预失真模块1、主平衡放大器、耦合器3、衰减器1、合成器2和延迟电路1共同构成误差提取环，耦合器3、衰减器1、合成器2、预失真模块2、副平衡放大器、衰减器2、合成器4和延迟电路2共同构成误差抵消环。

优选地，所述预失真模块1和预失真模块2分别用于补偿主平衡放大器和副平衡放大器的失真。

优选地，所述耦合器1用于将输入主信号分成两路信号，一路输入到延迟电路1，另一路经预失真模块1传至主平衡放大器进行放大输出。

优选地，所述耦合器3用于将主平衡放大器输出的信号分成两路，一路输入到延迟电路2，另一路经衰减器1传至合成器2，合成器2将延迟电路1与衰减器1的输出信号进行合成，并将合成后的信号经预失真模块2传输至副平衡放大器进行放大输出。

优选地，所述合成器4用于将副平衡放大器和延迟电路2的输出信号进行合成，并将合成后的信号输出。

优选地，所述主平衡放大器和副平衡放大器均采用平衡电路结构形式：主平衡放大器包括耦合器2、合成器1以及相互并联的放大器1和放大器2，放大器1和放大器2的输入端分别接入耦合器2的两个输出端，耦合器2的输入端接预失真模块1的输出端，放大器1和放大器2的输出端分别接入合成器1的两个输入端，合成器1的输出端与耦合器3对接；副平衡放大器包括耦合器4、合成器3以及相互并联的放大器3和放大器4，放大器3和放大器4的输入端分别接入耦合器4的两个输出端，耦合器4的输入端接预失真模块2的输出端，放大器3和放大器4的输出端分别接入合成器3的两个输入端，合成器3的输出端与衰减器2对接。

本实用新型具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型一种超线性短波放大器，采用预失真技术来补偿放大器放大过程中产生的失真。

2、本实用新型一种超线性短波放大器，采用平衡电路结构形式的放大器，有效抵消信号中共模干扰和偶次谐波分量。

3、本实用新型一种超线性短波放大器，采用功率回退技术，以牺牲一部分直流功耗来提高放大器输出功率，提高线性度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为实施例中的预失真原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1所示，一种超线性短波放大器，包括耦合器1、耦合器3、预失真模块1、预失真模块2、主平衡放大器、副平衡放大器、合成器2、合成器4、衰减器1、衰减器2、延迟电路1和延迟电路2，所述耦合器1的输入端接输入主信号，其输出端分别对接预失真模块1和延迟电路1，预失真模块1的输出端连接主平衡放大器，主平衡放大器输出端接耦合器3，耦合器3的一个输出端接衰减器1，衰减器1和延迟电路1输出端分别接入合成器2的两输入端，合成器2的输出端接预失真模块2，预失真模块2输出端接副平衡放大器，副平衡放大器输出端接衰减器2，耦合器3的另一个输出端接延迟电路2，衰减器2和延迟电路2的输出端分别接入合成器4的两输入端，合成器4的输出端输出最终放大后的主信号，耦合器1、预失真模块1、主平衡放大器、耦合器3、衰减器1、合成器2和延迟电路1共同构成误差提取环，耦合器3、衰减器1、合成器2、预失真模块2、副平衡放大器、衰减器2、合成器4和延迟电路2共同构成误差抵消环，误差提取环用于提取主信号经过放大后所产生的误差信号，误差抵消环用于对误差信号进行放大并与放大后的主信号+误差信号进行合成，并抵消误差信号，只剩余放大后的主信号进行输出。

预失真模块1和预失真模块2分别用于补偿主平衡放大器和副平衡放大器的失真，以提高放大电路的线性度。预失真就是人为地加入一个特性与包括功放在内的系统非线性失真恰好相反的系统，进行互相补偿，不存在稳定性问题，并有较大的频带宽度。如图2所示输入信号在进入功率放大器前，通过使用预失真技术，在整个功率变化范围内进行放大增益和相位变化的补偿。如果这种预失真特性能够随功率放大器输出功率的变化而变化，那么由温度、电源电压、管子老化等因素引起的性能变化就可以得到补偿。目前，预失真技术包括三种方法：①射频预失真；②中频预失真；③基带预失真。其中射频预失真方法一般采用模拟电路进行预失真处理，因为高频电路的温度漂移、电路实现复杂、制造成本高等因素，所以预失真一般置于基带或中频中实现。目前，基带预失真是一个发展方向，其优点是可以利用数字信号处理器(DSP)对功率放大器输出端反馈的信号进行计算和处理，用软件来实现非线性补偿。通常情况下，为实现较高的交调分量失真抑制性能，预失真技术还包含反馈实现自适应功能。

预失真原理：通过一个预失真元件(Predistorter)来和功放元件(PA)级联，非线性失真功能内置于数字、数码基带信号处理域中，其与放大器展示的失真数量相当(“相等”)，但功能却相反。将这两个非线性失真功能相结合，便能够实现高度线性、无失真的系统。数字预失真技术的挑战在于PA的失真(即非线性)特性会随时间、温度以及偏压(biasing)的变化而变化，因器件的不同而不同。因此，尽管能为一个器件确定特性并设计正确的预失真算法，但要对每个器件都进行上述工作在经济上则是不可行的。为了解决上述偏差，我们须使用反馈机制，对输出信号进行采样，并用以校正预失真算法。数字预失真采用数字电路实现这个预失真器(Predistorter)，通常采用数字信号处理来完成。通过增加一个非线性电路用以补偿功率放大器的非线性。这样就可以在功率放大器(PA)内使用简单的AB类平台，从而可以消除基站厂商制造前馈放大器(feedforward amplifier)的负担和复杂性。此外，由于放大器不再需要误差放大器失真矫正电路，因此可以显着提高系统效率。

耦合器1用于将输入主信号分成两路信号，一路输入到延迟电路1，另一路经预失真模块1传至主平衡放大器进行放大输出，经过主平衡放大器处理后输出的为放大后的主信号+误差信号，输入延迟电路1的主信号进行信号延迟。

耦合器3用于将主平衡放大器输出的信号分成两路，一路输入到延迟电路2，另一路经衰减器1传至合成器2，合成器2将延迟电路1与衰减器1的输出信号进行合成，并将合成后的信号经预失真模块2传输至副平衡放大器进行放大输出。输入延迟电路2的放大后主信号+误差信号进行信号延迟，输入衰减器1的放大后主信号+误差信号进行信号衰减耦合(功率回退)，获得耦合后的主信号+耦合后的误差信号，合成器2将放大前的主信号与耦合后的主信号+耦合后的误差信号进行合成，获得耦合后的误差信号，耦合后的误差信号再经过副平衡放大器进行放大后输出放大后的误差信号。

合成器4用于将副平衡放大器输出的放大后误差信号与延迟电路2输出的放大后主信号+误差信号进行合成，并输出放大后的主信号，其中衰减器2用于对副平衡放大器输出的放大后误差信号进行功率回退，使其与延迟电路2输出的误差信号相匹配，以便合成器4单纯输出放大后的主信号。

主平衡放大器和副平衡放大器均采用平衡电路结构形式：主平衡放大器包括耦合器2、合成器1以及相互并联的放大器1和放大器2，放大器1和放大器2的输入端分别接入耦合器2的两个输出端，耦合器2的输入端接预失真模块1的输出端，放大器1和放大器2的输出端分别接入合成器1的两个输入端，合成器1的输出端与耦合器3对接；副平衡放大器包括耦合器4、合成器3以及相互并联的放大器3和放大器4，放大器3和放大器4的输入端分别接入耦合器4的两个输出端，耦合器4的输入端接预失真模块2的输出端，放大器3和放大器4的输出端分别接入合成器3的两个输入端，合成器3的输出端与衰减器2对接。主平衡放大器和副平衡放大器采用这样的平衡电路结构形式可以有效抵消信号中的共模干扰和偶次谐波分量。

结合功率回退技术将其中的放大器1-4做功率回退处理，采用中功率管代替小功率管，以牺牲一部分直流功耗来提高放大器输出功率，从而提升线性度。

设计的适用性较好的超线性短波放大器的主要参数指标如下：

输入频率范围：1.5～30MHz；

增益：18±0.5dB；

输入驻波：≤1.3；

输出驻波：≤1.2；

噪声系数：≤3.5dB；

输入P-1：≥13dBm

输入IP3：≥40dBm；

输入IP2：≥82dBm；

供电：+12V DC/350mA。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超线性短波放大器，其特征在于，包括耦合器1、耦合器3、预失真模块1、预失真模块2、主平衡放大器、副平衡放大器、合成器2、合成器4、衰减器1、衰减器2、延迟电路1和延迟电路2，所述耦合器1的输入端接输入主信号，其输出端分别对接预失真模块1和延迟电路1，预失真模块1的输出端连接主平衡放大器，主平衡放大器输出端接耦合器3，耦合器3的一个输出端接衰减器1，衰减器1和延迟电路1输出端分别接入合成器2的两输入端，合成器2的输出端接预失真模块2，预失真模块2输出端接副平衡放大器，副平衡放大器输出端接衰减器2，耦合器3的另一个输出端接延迟电路2，衰减器2和延迟电路2的输出端分别接入合成器4的两输入端，合成器4的输出端输出最终放大后的主信号，耦合器1、预失真模块1、主平衡放大器、耦合器3、衰减器1、合成器2和延迟电路1共同构成误差提取环，耦合器3、衰减器1、合成器2、预失真模块2、副平衡放大器、衰减器2、合成器4和延迟电路2共同构成误差抵消环。

2.根据权利要求1所述的一种超线性短波放大器，其特征在于，所述预失真模块1和预失真模块2分别用于补偿主平衡放大器和副平衡放大器的失真。

3.根据权利要求1所述的一种超线性短波放大器，其特征在于，所述耦合器1用于将输入主信号分成两路信号，一路输入到延迟电路1，另一路经预失真模块1传至主平衡放大器进行放大输出。

4.根据权利要求1所述的一种超线性短波放大器，其特征在于，所述耦合器3用于将主平衡放大器输出的信号分成两路，一路输入到延迟电路2，另一路经衰减器1传至合成器2，合成器2将延迟电路1与衰减器1的输出信号进行合成，并将合成后的信号经预失真模块2传输至副平衡放大器进行放大输出。

5.根据权利要求1所述的一种超线性短波放大器，其特征在于，所述合成器4用于将副平衡放大器和延迟电路2的输出信号进行合成，并将合成后的信号输出。

6.根据权利要求1所述的一种超线性短波放大器，其特征在于，所述主平衡放大器和副平衡放大器均采用平衡电路结构形式：主平衡放大器包括耦合器2、合成器1以及相互并联的放大器1和放大器2，放大器1和放大器2的输入端分别接入耦合器2的两个输出端，耦合器2的输入端接预失真模块1的输出端，放大器1和放大器2的输出端分别接入合成器1的两个输入端，合成器1的输出端与耦合器3对接；副平衡放大器包括耦合器4、合成器3以及相互并联的放大器3和放大器4，放大器3和放大器4的输入端分别接入耦合器4的两个输出端，耦合器4的输入端接预失真模块2的输出端，放大器3和放大器4的输出端分别接入合成器3的两个输入端，合成器3的输出端与衰减器2对接。