一種提高前饋放大器線性度的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高前饋放大器線性度的裝置，屬于無線通信【技術領域】。本發(fā)明包括主信號放大器、主信號抵消環(huán)路、失真信號抵消環(huán)路、失真信號再抵消環(huán)路。本發(fā)明有益效果表現(xiàn)在：一、用平衡放大器實現(xiàn)現(xiàn)有前饋結構中的主信號放大器，得到一個線性度很好的主信號放大器，從而提高前饋結構放大器的線性度。二、在失真信號抵消環(huán)路后面增加一個失真信號再抵消環(huán)路，進一步抵消主信號放大器產生的失真信號，使得前饋結構放大器的輸出端只含有基波信號，更有效地提高放大器的二階交調截點和三階交調截點。利用以上兩點有效提高前饋放大器的線性度，同時保持該放大器的寬頻帶和低噪聲的優(yōu)點。
【專利說明】一種提高前饋放大器線性度的裝置
[0001]【技術領域】
本發(fā)明是一種有關提高前饋放大器線性度的發(fā)明，該方法能夠有效提高前饋放大器的線性度，而同時保持寬頻帶和低噪聲的優(yōu)點，屬于無線通信【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著無線通信技術的快速發(fā)展，人們對無線通信系統(tǒng)的射頻接收機提出了越來越高的要求，比如低功耗、低噪聲、大動態(tài)范圍、高靈敏度和高線性度等；而接收系統(tǒng)的帶寬、噪聲性能和線性度主要取決于接收機最前端的放大器的帶寬、噪聲性能和線性特性，如圖1所示。因而改善接收機最前端的前饋放大器的線性特性可以有效地提高整個射頻接收系統(tǒng)的線性特性。
[0003]由于微電子工藝的不斷進步，部分半導體公司推出了噪聲好、線性度高的晶體管，以制作寬帶高線性低噪聲放大器。但是單管放大器的線性度依然很低，難以滿足設計要求。一些設計者嘗試采用線性化技術來提高放大器的線性度。1936年貝爾實驗室提出功率回退法，在不需要任何外圍電路的結構簡單下，實現(xiàn)放大器的增益每回退ldB，其三階交調截點提高2dB。但功率回退將降低放大器的功率利用率，使得電源利用率只有1.5%，且線性度并不能無限制提高。日本專利JP54109953采用負反饋結構，雖然結構簡單，但負反饋的線性化程度較弱。歐洲專利DE19803033288提出預失真放大器，雖然結構也相對較簡單，但線性度提高的有限性將限制預失真放大器的應用。美國專利US18253380A提出前饋寬帶放大器，前饋技術能在很寬的帶寬內對二階交調失真、三階交調失真進行有效抑制，是所有線性化方法中線性化效果最好，且具有穩(wěn)定性好、適用于寬帶應用、線性化程度和增益無直接關系等特點。但是在實際電路中，由于器件的精準性及調試誤差，兩抵消環(huán)并不能夠完全匹配，從而影響到前饋放大器的二階、三階交調截點的改善度。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明針對前饋技術中前饋結構不能實現(xiàn)兩個環(huán)路的理想抵消這一問題，本發(fā)明提供了一種提高前饋放大器線性度的裝置，使其克服現(xiàn)有技術的缺陷，實現(xiàn)兩個環(huán)路的理想抵消，更有效地提高前饋放大器的二階交調截點和三階交調截點能滿足對放大器線性度所提出的較高要求。
[0005]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案如下:
一種提高前饋放大器線性度的裝置，輸入前饋系統(tǒng)的信號分配為主放大器支路信號和第一調節(jié)支路信號，主放大器支路上的信號經(jīng)過主信號放大器9以及主放大器支路傳送路徑，發(fā)送至抵消環(huán)路耦合器13，第一調節(jié)支路上的信號經(jīng)過第一調節(jié)支路傳送路徑發(fā)送至抵消環(huán)路耦合器13 ;抵消環(huán)路耦合器13分配為輔助放大支路的信號以及第二調節(jié)支路的信號，輔助放大支路上的信號經(jīng)過輔助放大器14以及輔助放大支路傳送路徑，發(fā)送至再抵消環(huán)路耦合器17，第二調節(jié)支路上的信號經(jīng)過第二調節(jié)支路傳送路徑發(fā)送至再抵消環(huán)路耦合器17，其特征在于:再抵消環(huán)路耦合器17連接的失真信號再抵消環(huán)路，所述再抵消環(huán)路耦合器17功率分配為兩條支路，第三支路移相器18輸入端連接再抵消環(huán)路耦合器17分配的第三調節(jié)支路，輸出端連接至功率合成器20，第四支路移相器19輸入端連接再抵消環(huán)路耦合器17分配的第四調節(jié)支路，輸出端連接至功率合成器20，兩條支路信號由所述功率合成器20輸出端合成輸出。
[0006]所述主信號放大器采用平衡放大器，包括不平衡-平衡阻抗變換器6、兩個并行放大器7、平衡-不平衡阻抗變換器8 ;主放大器支路信號進入主信號放大器9經(jīng)不平衡-平衡阻抗變換器6平分信號，分別發(fā)送至兩個并行放大器7，平衡-不平衡阻抗變換器8輸入端連接兩個并行放大器7，并在輸出端合成輸出帶失真的主放大器支路信號。
[0007]根據(jù)權利要求1所述的一種提高前饋放大器線性度的裝置，其特征在于:進入前饋系統(tǒng)的信號由主信號環(huán)路耦合器10信號分配；所述主放大器支路連接主信號放大器9輸出帶失真的支路信號，并送至主信號衰減器11輸入端，所述第一調節(jié)支路連接第一支路移相器12輸入端，主信號衰減器11和第一支路移相器12的輸出端連接到抵消環(huán)路耦合器13 ;所述輔助放大器14輸入端接收輔助放大支路信號，輸出端連接輔助放大支路衰減器15，所述第二調節(jié)支路連接第二支路移相器16，輔助放大支路衰減器15和第二支路移相器16的輸出端連接到再抵消環(huán)路耦合器17。
[0008]平衡放大器中不平衡-平衡阻抗變換器6和平衡-不平衡阻抗變換器8均采用傳輸線變壓器實現(xiàn)。
[0009]所述主信號環(huán)路耦合器10、抵消環(huán)路耦合器13、再抵消環(huán)路耦合器17、功率合成器20均采用傳輸線變壓器實現(xiàn)。
[0010]所述失真信號再抵消環(huán)路中第三調節(jié)支路上的基波信號的幅度是第四調節(jié)支路中帶殘余失真的基波信號中基波信號幅度的C-1倍，其中所述帶殘余失真的基波信號的I/C為耦合器17的耦合因子。失真信號再抵消環(huán)路中所述第三調節(jié)支路基波信號中也含有殘余失真信號，且其殘余失真信號的幅度與第四之路上帶殘余失真的基波信號中的殘余失真信號的幅度相等、相位相同，第三支路基波信號由再抵消環(huán)路第三支路移相器180°反相，通過第四支路移相器19來調節(jié)第四支路上帶殘余失真的基波信號，使得調整后的第三支路基波信號和第四支路上帶殘余失真的基波信號在功率合成器的輸出端口幅度相等、相位相反，失真信號抵消環(huán)路后的殘余失真信號在失真信號再抵消環(huán)路中進一步得到抵消，最終在功率合成器的輸出端將只剩下基波信號。
[0011]首先將現(xiàn)有前饋結構中的主放大器用平衡放大器來實現(xiàn)，得到一個線性度很好的主放大器，從而更好的提高前饋系統(tǒng)的線性度。然后，在失真信號抵消環(huán)路后面再增加一個失真信號再抵消環(huán)路，進一步抵消主放大器產生的失真信號，更有效地提高放大器的二階、三階交調截點。利用以上兩個步驟，有效提高前饋放大器的線性度，同時保持其寬頻帶和低噪聲的優(yōu)點。由前饋結構放大器的基本原理，通過其線性和噪聲系數(shù)分析可知，前饋結構放大器的線性只與主放大器的線性和兩個環(huán)路的抵消情況有關，而與輔助放大器無關；其噪聲系數(shù)只與輔助放大器的噪聲系數(shù)和兩個環(huán)路的抵消情況有關。主放大器的高線性通過平衡放大器實現(xiàn)，低噪聲系數(shù)可通過選擇噪聲系數(shù)較好的輔助放大器實現(xiàn)。在理想情況下，平衡放大器相對單個放大器，輸出三階截點提高了 3dB，輸出PldB增大了 3dB，完全抵消放大器的二階交調失真產物。由于前饋結構不能實現(xiàn)兩個環(huán)路的理想抵消，失真信號不能完全抵消，本發(fā)明在失真信號抵消環(huán)路后面增加一個失真信號再抵消環(huán)路，實現(xiàn)失真信號抵消環(huán)路后的殘余失真信號在失真信號再抵消環(huán)路中進一步得到抵消，輸出端只得到基帶信號。通過主放大器用平衡放大器實現(xiàn)和在失真信號抵消環(huán)路后面增加一個失真信號再抵消環(huán)路的結合，可以更有效的提高前饋放大器的線性度，同時保持該放大器的寬頻帶和低噪聲的優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明應用結構圖；
圖2是本發(fā)明中平衡放大器電路原理圖；
圖3是本發(fā)明結構框圖；
圖4是本發(fā)明中耦合器的裝配圖和原理圖；
其中，a為不平衡-平衡阻抗變換器，b為裝配圖，c為原理圖；a中引腳長度小于4mm, b中耦合器端口 21連接引腳:8_1'+6_2'，耦合器端口 22連接引腳:8_4'，耦合器端口 23連接引腳:6-1'+8-2'，耦合器端口 24連接引腳:6_4'，耦合器端口 25連接引腳:6-3'+8-3' ；
圖5是本發(fā)明中衰減器器原理圖；
圖6是本發(fā)明中移相器的原理圖；
圖7是本發(fā)明中功率合成器的原理圖；
附圖標記如下:1為天線，2為雙工器,3為接受前端，4為接受前端,5為基帶信號處理單元，6為不平衡-平衡阻抗變換器，7為并行放大器，8為平衡-不平衡阻抗變換器，9為主信號放大器，10為主信號環(huán)路耦合器，11為主信號衰減器，12為第一支路移相器，13為抵消環(huán)路耦合器，14為輔助放大器，15為輔助放大支路衰減器，16為第二支路移相器，17為再抵消環(huán)路耦合器，18為第三支路移相器，19為第四支路移相器，20為功率合成器，21至25為耦合器端口。
【具體實施方式】
[0013]為使本發(fā)明能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明:
本發(fā)明主要由主信號放大器、主信號抵消環(huán)路、失真信號抵消環(huán)路、失真信號再抵消環(huán)路構成；
主信號放大器:
主信號放大器由平衡放大器來實現(xiàn)，電路原理圖如圖2所示。此部分的目的，得到一個線性度很好的主信號放大器。前饋放大器的線性度主要與主信號放大器的線性度和抵消環(huán)路的抵消情況有關，因而用一個線性度較好的主信號放大器將能更好的提高前饋系統(tǒng)的線性度。在平衡放大器中，主放大器支路信號經(jīng)過不平衡-平衡阻抗變換器6 (1:1:1)后被平分為兩路信號，分別通過兩個并行放大器7放大后，再經(jīng)過平衡-不平衡阻抗變換器8(I:1:1)后合成為帶失真的支路信號。不平衡-平衡阻抗變換器6和平衡-不平衡阻抗變換器8均采用三線繞制的傳輸線變壓器實現(xiàn)。但這兩路信號并不能完全通過并行放大器7傳輸?shù)捷敵龆?，一小部分信號會反射到平衡結構的輸入端和輸出隔離端。輸入與輸出的隔離端口能吸收反射回來的信號，即使在并行放大器7輸出輸入駐波不是很好的情況下，平衡結構放大器同樣具有良好的輸入輸出駐波比，且增益平坦度很好。這一特性可以彌補寬帶放大器在匹配過程中阻抗失配的缺點，廣泛用于寬帶放大器設計。
[0014]經(jīng)過平衡結構后，輸出信號不含任何單管產生的二階互調失真信號，而三階互調失真信號幅度是單管在相同信號輸入時的1/4，即平衡放大器的輸出三階截點相對單個放大器提高3dB。在平衡結構中，每個單管只承擔整個結構一半的功率，因而平衡放大器的輸出Pltffi增大3dB。在實際電路中，由于電子元器件的差異性，兩個并行的放大器7不可能完全相同，所以平衡結構并不能無限制的提高放大器的輸出二階截點。根據(jù)平衡結構的平衡程度，其對線性度的提高量是有一定上限的。
[0015]主信號抵消環(huán)路:
主信號抵消環(huán)路電路原理圖如圖3所示。此部分的目的，提取主信號放大器產生的失真信號?；ㄐ盘枏妮斎攵诉M入前饋系統(tǒng)后，首先被主信號環(huán)路耦合器10功率分配。耦合端口輸出的主放大器支路信號經(jīng)過主信號放大器，由于主信號放大器的非線性特性將產生帶失真的信號，帶失真的支路信號通過主信號衰減器11來調節(jié)，第一支路移相器12來調節(jié)主信號環(huán)路耦合器10輸出的第一支路信號的相位，使得調節(jié)后的主放大器支路信號與第一支路信號在抵消環(huán)路耦合器13的輸出端口處幅度相等、相位相差180度，因而主信號在此端口相互抵消，得到只有主信號放大器產生的失真信號。主信號環(huán)路耦合器10和抵消環(huán)路耦合器13均用兩個傳輸線變壓器實現(xiàn)，如圖4所示；主信號衰減器11采用型電阻結構實現(xiàn)，如圖5所示；第一支路移相器12采用型LC結構實現(xiàn)，如圖6所示。
[0016]失真信號抵消環(huán)路:
失真信號抵消環(huán)路電路原理圖如圖3所示，此部分的目的，抵消主信號放大器產生的失真信號，只得到基波信號。經(jīng)主信號抵消環(huán)抵消的所訴失真信號經(jīng)過輔助放大器14放大后得到放大后的失真信號。由于失真信號功率較小，通過輔助放大器14放大后將產生幅度極小、頻率較遠的失真信號，而這些失真信號對放大器整體不產生影響，則可以認為輔助放大器為理想放大器，它的非線性特性可以忽略不計。通過第二支路移相器16來調節(jié)抵消環(huán)路耦合器13輸出調節(jié)后的第二調節(jié)支路信號的相位，輔助放大支路衰減器15來調節(jié)放大后的失真信號的幅度，使得調節(jié)后的第二支路信號和調節(jié)后的失真信號在再抵消環(huán)路耦合器17的直通端口處幅度相等、相位相差180度。在理想情況下，此端口處失真信號相互抵消，只有基波信號，從而達到改善主信號放大器線性的目的。再抵消環(huán)路耦合器17用兩個傳輸線變壓器實現(xiàn)，如圖4所示；輔助放大支路衰減器15采用型電阻結構實現(xiàn)，如圖5所示；第二支路移相器16采用型LC結構實現(xiàn)，如圖6所示。但是在實際電路中，由于器件的精準性及調試誤差，兩抵消環(huán)并不能夠完全匹配，基波信號中含有殘余失真信號，從而影響到前饋放大器的輸出二階截點和輸出三階截點的提高度。
[0017]失真信號再抵消環(huán)路:
失真信號再抵消環(huán)路電路原理圖如圖3所示，此部分的目的，將失真信號抵消環(huán)路中殘余的主信號放大器產生的失真信號進行再次抵消。由再抵消環(huán)路耦合器17功率分配輸出的帶殘余失真的基波信號既含有基波信號又含有殘余失真信號，且殘余失真信號的幅度比基波信號的幅度小很多；再抵消環(huán)路耦合器17中直通端口輸出的第三支路基波信號的幅度是帶殘余失真的基波信號中基波信號幅度的C-1倍。第三支路基波信號中也含有殘余失真信號，且其殘余失真信號的幅度與帶殘余失真的基波信號中的殘余失真信號的幅度相等、相位相同。第三支路基波信號經(jīng)移相器反相，通過移相器來調節(jié)帶殘余失真的基波信號的相位，使得調節(jié)后的帶殘余失真的基波信號和第三支路基波信號在功率合成器20的輸出端口相位相差180度。兩個移相器均采用型LC結構實現(xiàn)，如圖6所示；功率合成器20采用傳輸線變壓器實現(xiàn)，如圖7所示。由于兩路信號在功率合成器20的輸出端口幅度相等、相位相反，失真信號抵消環(huán)路后的殘余失真信號在失真信號再抵消環(huán)路中進一步得到抵消，最終在功率合成器20的輸出端將只剩下基波信號，從而更有效地提高前饋放大器的輸出二階、三階截點。
[0018]根據(jù)上面記述的本發(fā)明，由于將現(xiàn)有前饋結構中的主信號放大器用平衡放大器來實現(xiàn)，同時在失真信號抵消環(huán)路后面增加一個失真信號再抵消環(huán)路，進一步抵消主信號放大器產生的失真信號。利用以上兩點有效提高前饋放大器的線性度，同時保持該放大器的寬頻帶和低噪聲的優(yōu)點。
[0019]雖然這里結合具體的實施例對本發(fā)明進行了描述，但是對本領域技術人員來說，很多其它的變化、改進以及應用將是很明顯的。因此，本發(fā)明不應當受此處特定公開的限制，而應由附加的權利要求來限定。
【權利要求】
1.一種提高前饋放大器線性度的裝置，輸入前饋系統(tǒng)的信號分配為主放大器支路信號和第一調節(jié)支路信號，主放大器支路上的信號經(jīng)過主信號放大器(9)以及主放大器支路傳送路徑，發(fā)送至抵消環(huán)路耦合器(13)，第一調節(jié)支路上的信號經(jīng)過第一調節(jié)支路傳送路徑發(fā)送至抵消環(huán)路耦合器(13);抵消環(huán)路耦合器(13)分配為輔助放大支路的信號以及第二調節(jié)支路的信號，輔助放大支路上的信號經(jīng)過輔助放大器(14)以及輔助放大支路傳送路徑，發(fā)送至再抵消環(huán)路耦合器(17)，第二調節(jié)支路上的信號經(jīng)過第二調節(jié)支路傳送路徑發(fā)送至再抵消環(huán)路耦合器(17)，其特征在于:再抵消環(huán)路耦合器(17)連接的失真信號再抵消環(huán)路，所述再抵消環(huán)路耦合器(17)功率分配為兩條支路，第三支路移相器(18)輸入端連接再抵消環(huán)路耦合器(17)分配的第三調節(jié)支路，輸出端連接至功率合成器(20)，第四支路移相器(19)輸入端連接再抵消環(huán)路耦合器(17)分配的第四調節(jié)支路，輸出端連接至功率合成器(20)，兩條支路信號由所述功率合成器(20)輸出端合成輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種提高前饋放大器線性度的裝置，其特征在于:所述主信號放大器采用平衡放大器，包括不平衡-平衡阻抗變換器(6)、兩個并行放大器(7)、平衡-不平衡阻抗變換器(8);主放大器支路信號進入主信號放大器(9)經(jīng)不平衡-平衡阻抗變換器(6)平分信號，分別發(fā)送至兩個并行放大器(7)，平衡-不平衡阻抗變換器(8)輸入端連接兩個并行放大器(7)，并在輸出端合成輸出帶失真的主放大器支路信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種提高前饋放大器線性度的裝置，其特征在于:進入前饋系統(tǒng)的信號由主信號環(huán)路耦合器(10)信號分配；所述主放大器支路連接主信號放大器(9)輸出帶失真的支路信號，并送至主信號衰減器(11)輸入端，所述第一調節(jié)支路連接第一支路移相器(12)輸入端，主信號衰減器(11)和第一支路移相器(12)的輸出端連接到抵消環(huán)路耦合器(13);所述輔助放大器(14)輸入端接收輔助放大支路信號，輸出端連接輔助放大支路衰減器(15)，所述第二調節(jié)支路連接第二支路移相器(16)，輔助放大支路衰減器(15)和第二支路移相器(16)的輸出端連接到再抵消環(huán)路耦合器(17)。
4.根據(jù)權力要求2所述的一種提高前饋放大器線性度的裝置，其特征在于:平衡放大器中不平衡-平衡阻抗變換器(6)和平衡-不平衡阻抗變換器(8)均采用傳輸線變壓器實現(xiàn)。
5.根據(jù)權力要求I或3所述的一種提高前饋放大器線性度的裝置，其特征在于:所訴抵消環(huán)路耦合器(13)、再抵消環(huán)路耦合器(17)均采用傳輸線變壓器實現(xiàn)。
6.根據(jù)權力要求3所述的一種提高前饋放大器線性度的裝置，其特征在于:所述主信號環(huán)路耦合器(10)采用傳輸線變壓器實現(xiàn)。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種提高前饋放大器線性度的裝置，其特征在于:功率合成器(20)采用傳輸線變壓器實現(xiàn)。
【文檔編號】H03F1/42GK103840776SQ201310161972
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年5月6日 優(yōu)先權日:2013年5月6日
【發(fā)明者】高強, 石玉, 鐘慧, 何澤濤, 王金川, 蔣小強, 高光輝 申請人:電子科技大學