可變矢量混合疊加式預失真線性化方法與流程

本發明涉及微波毫米波線性化技術領域，具體涉及一種適用于微波毫米波固態功率放大器的可變矢量混合疊加式預失真線性化方法。

背景技術：

現代無線通信系統的發展方向是多用戶、大容量、更高的信號傳輸率的高質量通信，使得具有更寬工作頻帶和更高信息容量的微波通信系統受到日益關注。當前微波通信系統多采用寬帶、多載波、復雜數字調制技術，這類調制方式對信道的線性提出了極高的要求，而發射機微波功率放大器是影響信道線性的主要因素。在微波通信系統中，為達到低系統成本和高效率目的，更大程度地發揮系統末級功率放大器性能，末級功率放大器往往要求工作于強非線性狀態，因此為了使微波功率放大器在具有足夠的輸出功率和較高效率的前提下仍具有極高的線性度，則必須采用線性化補償技術，使功率放大器的輸出線性化。

在以前的知識的基礎上，我們知道微波功率放大器一般要求最大輸出功率，這就要求其工作在飽和狀態，便會產生非線性失真，其中非線性失真包括非線性幅度失真和非線性相位失真。預失真線性化技術就是針對功率放大器非線性失真特點，產生與功率放大器增益幅度和相位失真相反的非線性信號，與功率放大器本身的非線性進行抵消，得到線性高功率的輸出。常用的線性化技術有以下幾種，功率回退法、負反饋法、前饋法、預失真法。功率回退法具有簡單，方便等優點，但其代價高，成本大。負反饋法物理概念清楚和電路實現簡單等優點，但三節交調改善量有限，穩定性差。前饋法具有寬頻帶，三階交調改善大等優點，但其成本高，電路復雜。預失真技術方法與其他方法相比，能夠完成功放的線性補償，并且具有電路結構簡單、易于采用常規微波毫米波集成電路工藝實現等優點，使其成為了微波毫米波系統線性化技術研究的熱點之一，肖特基勢壘二極管是構造預失真電路最常用的微波非線性器件。

在現有的微波非線性器件預失真研究技術中，較為傳統的電路結構有傳輸式預失真器和反射式預失真器。傳輸式預失真電路主要由并聯非線性二極管電路實現，具有對固態功率放大器線性化的效果，但該線性化器工作帶寬窄、小信號增益平坦度差(見文獻：k.yamauchiandk.mori,“amicrowaveminiaturizedlinearizerusingaparalleldiode”,ieeeconferencepublications,1997,3:1199-1202)。而傳統反射式預失真線性化電路，只能實現對行波管式放大器非線性預失真線性化，并具有工作頻帶窄的缺點(見文獻：liujie,zhanghua-dongandlizeng-liang,“anoveltwo-branchpredistortionlinearizerofkubandtwtaincommunicationapplications”,ietconferencepublications,2015,1-3)。因此，現有傳統預失真線性化技術主要技術缺陷是：一、傳統的反射式預失真線性化器只能對行波管功率放大器產生預失真效果，而不能對固態功率放大器產生預失真效果；二、當頻率發生改變的時候，傳統的預失真線性化器中的非線性器件的特性也會發生改變，因此傳統的預失真線性化器的帶寬一般都很窄；三、傳統的預失真線性化器在輸入信號為小信號時，其增益浮動較大，帶內增益平坦度較差。

針對傳統預失真線性化器的以上缺陷，本發明提出了可變矢量混合疊加式預失真線性化方法。該方法先是利用非線性信號發生電路產生隨輸入功率的增加，增益壓縮，相位擴張的非線性信號，再與主通路信號進行矢量疊加，產生隨輸入功率增加，增益擴張，相位壓縮的信號，能夠適用于固態功率放大器。同時，本發明采取平衡電路結構來改善駐波與拓寬帶寬；并利用反射和矢量疊加原理，減小非線性器件等效電阻隨頻率變化的影響，提高了工作帶內增益平坦度。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種適用于固態功率放大器的可變矢量混合疊加式預失真線性化方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：該可變矢量混合疊加式預失真線性化方法在傳統二極管反射式預失真線性化工作機理基礎上，利用可變矢量混合疊加原理，產生隨輸入功率增加增益擴張而相位壓縮的效果，并具有良好的端口駐波，實現在微波毫米波寬頻帶內補償固態功率放大器非線性失真的目的。

進一步的是，增益擴張和相位壓縮均是通過矢量疊加原理來實現的。非線性信號發生電路產生的是隨輸入功率的增加，增益壓縮，相位擴張的信號。通過恰當的選擇第一開路負載(301)、第二開路負載(302)、第三開路負載(303)、第四開路負載(304)的值和第一傳輸線(901)、第二傳輸線(902)的長度，使在低輸入功率時，非線性支路信號與主通路信號相位相差180°，不過隨著輸入功率的增加，這個非線性信號隨著輸入功率的增加增益會下降，相位會擴張，其合成矢量會如圖1所示的那樣形成。從而形成隨輸入功率的增加，增益擴張，相位壓縮的曲線。

進一步的是，由電路結構圖2可知：輸入信號通過第一90°3db電橋(401)的1端口饋入，2端口加入第一匹配負載(201)，第一90°3db電橋(401)的3端口和4端口分別與第三90°db電橋(403)和第四90°3db電橋(404)的1端口相連，第三90°db電橋(403)和第四90°3db電橋(404)的3端口分別與非線性信號發生電路(1)、(2)相連。第三90°db電橋(403)和第四90°3db電橋(404)的4端口分別與可變矢量產生支路(3)、(4)相連，2端口與第二90°3db電橋(402)的3、4端口相連，第二90°3db電橋(402)的1端口加入第二匹配負載(202)，2端口輸出信號。

進一步的是，非線性信號可變矢量發生電路(1)產生一個隨輸入功率增加增益壓縮，相位擴張的信號，用來與第三90°3db電橋(403)的4端口反射回來的矢量信號在第二90°3db電橋(402)的3端口進行合成。非線性信號發生電路(1)是由第一高頻扼流圈(601)、非線性器件(101)、第二高頻扼流圈(602)、第一電阻(701)、第一電壓源(801)依次連接而成。非線性信號可變矢量發生支路(2)與非線性信號可變矢量發生支路(1)的電路結構、工作原理、對應元件值相同，具有相同的作用和效果。

進一步的是，矢量產生支路(3)通過改變第三開路負載(303)的值來調節非線性信號與主通路信號的相位差；由第三開路負載(303)組成。矢量產生支路(4)與矢量產生支路(3)的電路結構、工作原理、對應元件值相同，具有相同的作用和效果。

與現有的技術相比，本發明具有以下有益效果：

1、本發明所述的可變矢量混合疊加式預失真線性化器相比于并聯二極管模擬預失真線性化器，am-am失真和am-pm失真改善程度要更好一些，輸入輸出端口駐波要更好一些。

2、本發明述的可變矢量混合疊加式預失真線性化器相比于傳統反射式預失真線性化器，能夠對固態功率放大器產生預失真效果。

3、本發明所述的可變矢量混合疊加式預失真線性化器，采用平衡電路式的結構，成功地克服了單路電路輸入/輸出端口駐波差，帶寬窄等缺點，實現了寬帶預失真線性化功能，提高了電路端口駐波性能和帶內平坦度性能。

4、同時，本發明所述的可變矢量混合疊加式預失真線性化器，具有結構新穎、簡單緊湊、易于加工等優點，適合在微波線性化技術領域推廣應用。

附圖說明

圖1是本發明可變矢量混合疊加式預失真線性化器的矢量合成原理圖；

圖2是本發明可變矢量混合疊加式預失真線性化器的結構示意圖；

圖3是由本發明實施例1得到的幅度預失真曲線圖；

圖4是由本發明實施例1得到的相位預失真曲線圖；

圖5是由本發明實施例2得到的幅度預失真曲線圖；

圖6是由本發明實施例2得到的相位預失真曲線圖；

圖7是由本發明實施例1得到的可變矢量混合疊加式預失真線性化器在不同偏置電壓條件下的s(1,1)曲線圖；

圖8由本發明實施例2得到的可變矢量混合疊加式預失真線性化器在確定偏置電壓與輸入功率條件下的s(1,1)曲線圖；

其中，圖3至圖6中的增益是指輸出信號幅度對比輸入信號幅度增加的程度，相位差是指輸出信號相位對比輸入信號相位的改變程度。圖7至圖8的s(1,1)是指輸入端口的回波損耗。

圖中標記說明：第一非線性器件(101)、第二非線性器件(102)、射頻信號輸入端口(in)、射頻信號輸出端口(out)、第一匹配負載(201)、第二匹配負載(202)、第一開路負載(301)、第二開路負載(302)、第三開路負載(303)、第四開路負載(304)、第一90°3db電橋(401)、第二90°3db電橋(402)、第三90°3db電橋(403)、第四90°3db電橋(404)、第一電容(501)、第二電容(502)、第一高頻扼流圈(601)、第二高頻扼流圈(602)、第三高頻扼流圈(603)、第四高頻扼流圈(604)、第一電阻(701)、第二電阻(702)、第一電壓源(801)、第二電壓源(802)、第一傳輸線(901)、第二傳輸線(902)。

具體實施方式

實施例

在該實施例中，可變矢量混合疊加式預失真線性化器的工作頻率為13ghz～16ghz，處于ku波段。實例中，非線性器件肖特基勢壘二極管采用macom公司的ma4e2037，基片采用rogersrt/duroid5880，厚度為0.254毫米，傳輸線和開路負載均為50歐姆微帶線，寬度0.76mm。freq代表實施的工作頻率，v1為第一電壓源(801)、第二電壓源(802)輸出的電壓值，r1為第一電阻(701)、第二電阻(702)的阻值。

實施例1

當freq＝14ghz，r1＝1000ω，v1＝1v～2.5v時，可以得到如圖3所示的幅度預失真曲線和如圖4所示的相位預失真曲線。如圖7所示，在14ghz附近的時候，整個可變矢量混合疊加式預失真線性化器有著最好的駐波，s11在-30db以下；輸入功率在﹣30dbm～﹢20dbm變化范圍內，預失真器的傳輸系數幅度呈非線性增加，增加范圍為7db～8.7db；預失真器的傳輸系數相位呈非線性壓縮，變化范圍為-17°～-66°。該實例表明在一定的偏置條件下，該可變矢量混合疊加式預失真線性化器能夠產生隨輸入功率增加增益擴張，相位壓縮的預失真效果。能夠滿足固態功率放大器預失真需求，同時本實例表明該可變矢量混合疊加式預失真線性化器能夠產生較好的預失真特性。

實施例2

當freq＝13ghz～16ghz，v1＝1v，r1＝1000ω，可以得到如圖5所示的幅度預失真曲線和如圖6所示的相位預失真曲線。由圖可見，在13ghz-16ghz的頻段范圍內，輸入功率在﹣30dbm～﹢20dbm變化范圍內，可變矢量混合疊加式預失真線性化器的傳輸系數幅度呈非線性增加，增加范圍為6.9db～8.7db；預失真器的傳輸系數相位呈非線性壓縮，變化范圍為-17°～-44°；如圖8所示，在13ghz～16ghz的頻段范圍內，其s11小于-13db。該實例表示在一定的偏置條件下，該可變矢量混合疊加式預失真線性化器能夠在相對比較寬的頻帶下產生隨輸入功率增加增益擴張，相位壓縮的特性，能夠在相對比較寬的頻帶下滿足固態功率放大器預失真需求。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。