适用于SSPA的幅度和相位独立可调的模拟预失真器

摘要

本发明公开了一种适用于SSPA的幅度和相位独立可调的模拟预失真器，输入信号通过3dB 90°电桥分为两路，分别从直通端口和耦合端口输出；直通端口的输出通过第一隔直电容后加载到第一肖特基势垒二极管的正极和第二肖特基势垒二极管的负极上，第一肖特基势垒二极管的正极和第二肖特基势垒二极管的负极分别与第一直流偏置电路相连；耦合端口的输出通过第二隔直电容后加载到变容二极管的负极，变容二极管的负极连接第二直流偏置电路；非线性反射支路和线性反射支路产生的反射的信号在3dB 90°的隔离端口合成并输出。本发明采用两路不对称的反射式结构，使模拟预失真器的可调节参数更多；具有预失真补偿曲线幅度和相位可独立调节、可调性高、结构简单等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于SSPA的幅度和相位独立可调的模拟预失真器。

背景技术

随着现代无线通信技术的发展，为了应对用户终端数量和通信数据流量的快速增长，类似正交幅度调制(64-QAM)的复杂数字调制方案和正交频分复用(OFDM)的多载波传输技术被广泛应用于现代无线通信系统中。这些技术的应用显著提高了频谱效率，但却使传输信号具有更高的峰值平均功率比(Peak to Average Power Ratio,PAPR，以下简称为峰均比)。高峰均比的信号更容易使功放进入饱和工作区，产生非线性失真，这就使功放需要具有更高线性度。目前主流高功率放大器为固态功率放大器(SSPA)和行波管功率放大器(TWTA)两种类型。为了改善放大器线性指标，线性化技术应运而生。目前最常见的线性化技术包括有：前馈技术，负反馈技术和预失真技术等。其中模拟预失真技术电路结构较为简单、成本低、工作频段高、易于集成，被广泛的应用在工程实践之中。

模拟预失真技术是针对目标功率放大器曲线进行预先补偿的一种线性化技术。模拟预失真器根据电路结构的不同，分为串联传输式、并联传输式，电桥反射式和两路式结构等，大多采用肖特基势垒二极管作为非线性信号发生器件，产生与目标功率放大器相反特性的曲线来实现对功放的线性化。

目前模拟预失真器主要分为四种：串联传输式、并联传输式、电桥反射式和两路式结构。传输式模拟预失真器结构简单，主要在主传输线上串联或并联非线性器件产生与功率放大器非线性特性互补的预失真曲线；电桥反射式采用3dB电桥结构，在电桥的直通和耦合端口加载非线性器件，利用两路反射信号的合成产生所需要的传输特性；两路式模拟预失真器是基于两支路信号矢量合成的理论，通常采用移相器、衰减器组成线性支路，利用非线性器件组成非线性支路，通过两路信号的矢量合成产生所需要的传输特性。

目前应用的模拟预失真器可调节参量少，电路的可调性较差。并且传统的预失真器的幅度与相位失真特性关联性强，改变电路的任一状态，幅度和相位特性均发生改变。在实际配用功放时，预失真电路往往难以保证幅度和相位补偿同时满足目标功放的线性化要求，导致线性化效果不佳，甚至出现恶化等情况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用两路不对称的反射式结构，使模拟预失真器的可调节参数更多；具有预失真补偿曲线幅度和相位可独立调节、可调性高、结构简单等优点的适用于SSPA的幅度和相位独立可调的模拟预失真器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：适用于SSPA的幅度和相位独立可调的模拟预失真器，包括3dB 90°电桥、非线性反射支路、线性反射支路、第一直流偏置电路和第二直流偏置电路；

非线性反射支路包括反向并联的第一肖特基势垒二极管和第二肖特基势垒二极管，线性反射支路包括变容二极管；

射频信号输入端口的输入信号通过3dB 90°电桥分为两路信号，分别从直通端口和耦合端口输出；直通端口的输出信号通过第一隔直电容后分别加载到第一肖特基势垒二极管的正极和第二肖特基势垒二极管的负极上，第一肖特基势垒二极管的正极和第二肖特基势垒二极管的负极还分别与第一直流偏置电路相连；耦合端口的输出通过第二隔直电容后加载到变容二极管的负极，变容二极管的负极还与第二直流偏置电路相连；

非线性反射支路和线性反射支路产生的反射的信号在3dB 90°的隔离端口合成，并通过射频信号输出端口输出。

进一步地，所述第一直流偏置电路包括依次连接的第一射频扼流电感、肖特基势垒二极管偏置电阻以及肖特基势垒二极管直流偏置电压，第一射频扼流电感分别连接第一肖特基势垒二极管的正极和第二肖特基势垒二极管的负极。

进一步地，所述第二直流偏置电路包括依次相连的第二射频扼流电感、变容二极管偏置电阻以及变容二极管直流偏置电压，第二射频扼流电感与变容二极管的负极相连。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种适用于SSPA的幅度和相位独立可调的模拟预失真器结构，能够通过改变电路偏置状态实现预失真器的幅度与相位补偿量的相对独立的变化。采用肖特基势垒二极管作为非线性信号发生器件，使电路结构变得较为简单；信号通过3dB 90°电桥，等分成两路；一条支路采用反向并联肖特基势垒二极管，产生非线性失真的反射信号；另一条支路采用变容二极管，产生线性反射信号；两条支路的反射信号在电桥的隔离端进行矢量合成，通过调节两条支路的偏置状态，可以实现合成矢量信号的幅度以及相位补偿量的相对独立控制的功能。相比于传统的反射式电路结构，采用两路不对称的反射式结构，使模拟预失真器的可调节参数更多；两个支路采用单独供电的方式，提高了整个电路的可调性。整体模拟预失真器结构，具有预失真补偿曲线幅度和相位可独立调节、可调性高、结构简单等优点。

附图说明

图1为本发明的适用于SSPA的幅度和相位独立可调的模拟预失真器的结构示意图；

图2为本实施例模拟预失真器幅度与相位补偿曲线的仿真结果；

其中，1-射频信号输入端口；2-射频信号输出端口；3-3dB 90°电桥；4-第一隔直电容；5-第二隔直电容；6-第一射频扼流电感；7-第二射频扼流电感；8-肖特基势垒二极管偏置电阻；9-变容二极管偏置电阻；10-肖特基势垒二极管直流偏置电压；11-变容二极管直流偏置电压；12-第一肖特基势垒二极管；13-第二肖特基势垒二极管；14-变容二极管。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明的适用于SSPA的幅度和相位独立可调的模拟预失真器，包括3dB90°电桥3、非线性反射支路、线性反射支路、第一直流偏置电路和第二直流偏置电路；

非线性反射支路包括反向并联的第一肖特基势垒二极管12和第二肖特基势垒二极管13，线性反射支路包括变容二极管14；

射频信号输入端口1的输入信号通过3dB 90°电桥3分为两路信号，分别从直通端口和耦合端口输出；直通端口的输出信号通过第一隔直电容4后分别加载到第一肖特基势垒二极管12的正极和第二肖特基势垒二极管13的负极上，第一肖特基势垒二极管12的正极和第二肖特基势垒二极管13的负极还分别与第一直流偏置电路相连；耦合端口的输出通过第二隔直电容5后加载到变容二极管14的负极，变容二极管的负极还与第二直流偏置电路相连；

非线性反射支路和线性反射支路产生的反射的信号在3dB 90°的隔离端口合成，并通过射频信号输出端口2输出。

所述第一直流偏置电路用于给第一肖特基势垒二极管12和第二肖特基势垒二极管13组成的反向并联二极管提供偏置状态。反向并联的肖特基势垒二极管(第一肖特基势垒二极管12的正极与第二肖特基势垒二极管13的负极相连，第一肖特基势垒二极管12的负极与第二肖特基势垒二极管13的正极相连)的阻抗与射频信号的输入功率大小、直流偏置状态有关。第一直流偏置电路包括依次连接的第一射频扼流电感6、肖特基势垒二极管偏置电阻8以及肖特基势垒二极管直流偏置电压10，第一射频扼流电感6分别连接第一肖特基势垒二极管12的正极和第二肖特基势垒二极管13的负极；通过调节第一直流偏置电路的偏置电压V1可以调节第一肖特基势垒二极管12、第二肖特基势垒二极管13组成的反向并联二极管对产生的非线性信号的失真特性。

所述第二直流偏置电路用于给变容二极管14提供偏置状态，第二直流偏置电路包括依次相连的第二射频扼流电感7、变容二极管偏置电阻9以及变容二极管直流偏置电压11，第二射频扼流电感7与变容二极管14的负极相连。通过调节第二直流偏置电路的偏置电压V2可以调节第一变容二极管14产生的线性反射信号的相位。

第一肖特基势垒二极管12的负极和第二肖特基势垒二极管13的正极、变容二极管14的正极、肖特基势垒二极管直流偏置电压10和变容二极管直流偏置电压11均接地。

最后非线性信号与线性信号经过3dB 90°电桥3在隔离端合成，产生可针对SSPA非线性特性进行补偿的曲线。通过调节电路参数使得非线性支路的反射系数与线性支路的反射系数之间的相位差在某一特定的范围内，在这一状态下：单独调节第一直流偏置电路的偏置电压V1可以调节预失真器的幅度补偿量；单独调节第二直流偏置电路的偏置电压V2可以使得在预失真器的相位补偿量变化很大时，其幅度补偿量几乎不变，即可实现针对SSPA的预失真器的幅度和相位独立可调的效果。

图2为本实施例模拟预失真器幅度与相位补偿曲线的仿真结果。其中，(a)为39.75GHz处，V2＝0V时第一直流偏置电路的偏置电压V1可调谐幅度与相位特性曲线，从图中可以看出，在电压V2为一定值时，电压V1可调节此预失真器的增益扩张量与相位压缩量；(b)为39.75GHz处，V1＝2.3V时第二直流偏置电路的偏置电压V2可调谐幅度与相位特性曲线，从图中过可以看出，在电压V1为一定值时，电压V2可调节此预失真器的相位压缩量，而增益的扩张量几乎保持不变，从而实现幅度与相位的独立可调。图2中的横坐标Pin表示输入功率，单位为dBm；纵坐标Gain表示增益，单位为dB；纵坐标Phase表示相位，单位为度。

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发明的原理，应被理解为本发明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发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明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发明的保护范围内。