CN104270104A - 一种采用apd技术的高互调功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种采用APD技术的高互调功率放大器，涉及通信设备领域。包括APD模块1，GSM功率放大器2；APD模块1和GSM功率放大器2组成一个闭环链路。射频信号从APD模块1输入口输入，信号经过预失真处理后由APD输出口输出预失真信号，通过功率放大器输入口输入，预失真信号对功率放大的非线性进行精确补偿，功率放大器输出线性失真非常小，高互调的射频信号。同时APD模块1的反馈信号由GSM功率放大器2输出信号通过功率耦合得到，反馈信号在APD模块1内部进行预失真处理。本发明作为GSM直放站***的远端模块使用，具有结构简单，成本相对低廉的特点，能解决GSM直放站***在满足CE标准的情况下输出功率及覆盖范围小的问题。

Description

一种采用APD技术的高互调功率放大器

 

技术领域

本发明涉及通信设备领域，特别涉及一种采用APD技术的高互调功率放大器。

背景技术

直放站***是无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发射中转设备，是无线通信室内信号覆盖常用的一种设备。GSM功率放大器是GSM直放站***中下行发射链路最重要的设备，其线性功率输出大小决定了GSM直放站***信号覆盖范围的大小。

现有的GSM无线直放站覆盖***由于受到CE标准带内互调要求达到-36dBm的限制，行业内GSM直放站***的最大输出功率只能到33dBm，对于需要既要满足CE标准，又要满足较大的覆盖范围的GSM直放站***而言，33dBm的输出功率偏小，采用传统技术不能达成GSM直放站***更大功率输出的要求。

在满足CE标准下得到更大功率输出的功率放大器，需要采用预失真线性化技术。预失真线性化技术就是通过产生与功率放大器非线性特性矢量对称互补的信号，来消除功放非线性失真的技术。根据预失真器处理信号的不同可以分为模拟预失真（APD）和数字预失真（DPD）。

 

发明内容

本发明要解决的技术问题： 

本发明的目的是针对现有GSM直放站***在满足CE标准的最大输出功率只能到33dBm，无法输出更大的功率、覆盖范围受限的技术问题，发明了一种采用APD技术的高互调功率放大器，这种功率放大器作为GSM直放站***的远端模块使用，具有结构简单，成本相对低廉的特点，能解决GSM直放站***在满足CE标准的情况下输出功率及覆盖范围小的问题。

解决该技术问题所采用的技术方案是：

为实现上述目的，本发明采用如下方案：

一种采用APD技术的高互调功率放大器，包含APD模块1，GSM功率放大器2。APD模块1和GSM功率放大器2组成一个闭环链路。射频信号从APD模块1输入口输入，射频信号经过预失真处理后由APD输出口输出预失真信号，通过功率放大器输入口输入，预失真信号对功率放大的非线性进行精确补偿，功率放大器输出线性失真非常小，高互调的射频信号。同时APD模块1的反馈信号由GSM功率放大器2输出信号通过功率耦合得到，利用反馈信号在APD模块1内部进行上述预失真处理。这种采用APD技术的高互调GSM功率放大器不同于采用传统预失真器补偿的GSM功率放大器，特点是线性指标极好，在输出功率达到39dBm时它的互调指标可以满足CE标准，达到了前馈功率放大器的线性水平,比行业内现有的最好的满足CE标准的GSM功率放大器输出功率大一倍以上，并且整体架构和成本也比较低廉，适合大批量推广使用。

所述APD模块1包括输入定向耦合器、预失真处理电路、输出定向耦合器、反馈信号电路、模块供电电路；预失真处理电路分别与输入定向耦合器、输出定向耦合器、反馈信号电路、模块供电电路连接，RF IN接口与输入定向耦合器连接，输入定向耦合器与输出定向耦合器连接；射频信号从RF IN接口输入，一路由输入定向耦合器直接进入输出定向耦合器，另一路依次经过输入定向耦合器、预失真处理电路、输出定向耦合器，两路信号在输出定向耦合器汇合输出形成合路信号，反馈信号电路提供功率放大器2的非线性失真信号的路径。

APD模块1中的输入定向耦合器由10dB贴片定向耦合器和50欧姆负载实现；预失真处理电路由预失真芯片和***电路实现；输出定向耦合器由10dB贴片定向耦合器和50欧姆负载实现；反馈信号电路由50欧姆微带线和π型衰减器实现；模块供电电路由DC/DC电源芯片和***电路实现。

所述GSM功率放大器2包括：增益模块、数字衰减器及控制电路、推动放大器、分路电桥、末级功放管一、末级功放管二、合路电桥、隔离器、微带耦合器、模块供电电路和控制电路；输出定向耦合器与增益模块连接，增益模块、数字衰减器及控制电路、推动放大器、分路电桥依次连接，分路电桥分别与末级功放管一、末级功放管二连接，末级功放管一、末级功放管二分别与合路电桥连接，合路电桥与微带耦合器连接，微带耦合器分别与隔离器、反馈信号电路连接；

由APD模块1中的输出定向耦合器输出的合路信号通过功率放大器输入口输入，射频信号先后经过增益模块、数字衰减器及控制电路、推动放大器、分路电桥、末级功放管一、末级功放管二、合路电桥、微带耦合器、隔离器，最后通过射频接头输出；APD模块1的反馈信号由GSM功率放大器2输出信号通过微带耦合器功率耦合得到。

GSM功率放大器2中的增益模块由增益放大器实现；数字衰减器及控制电路是基于数控衰减器和单片机控制电路实现；推动放大器由LDMOS功放管实现；分路电桥由3dB贴片电桥实现；末级功放管一和末级功放管二由LDMOS功放管实现；合路电桥由3dB贴片电桥实现；隔离器由铁氧体隔离器实现；微带耦合器由两路平行的微带线耦合实现。

所述模块供电电路和控制电路包括模块供电电路、模块控制电路；

模块供电电路包括电源转换电路、电源输入输出滤波电路、以及电压开关电路，此模块为功率放大器各单元电路提供供电；模块控制电路包括数控衰减控制、485通信、ALC控制、功率检测、温度检测、射频和电源开关控制，此模块为功率放大器提供各种控制功能；模块供电电路由DC/DC电源芯片和***电路实现，模块控制电路由单片机及***电路实现。

在上述方案中，射频信号从APD模块1的RF IN接口输入，信号经过输入定向耦合器，一路直通向输出定向耦合器，另一路耦合取样输入到预失真处理电路，预失真处理电路对输入的耦合信号和通过反馈电路反馈的失真信号进行比较后进行预失真处理，输出的预失真信号和与直通的信号通过输出定向耦合器进行合路后进行输出。

所述的输入定向耦合器为10dB LTCC定向耦合器，用在输入端作用为对信号进行分路，一路直通，一路进行10dB耦合取样；用于输出端对预失真信号和与直通的信号进行合路。所述的预失真处理电路基于预失真芯片，配合输入信号采样和反馈信号采样，对两者进行比较得到预失真信号，然后进行输出。APD模块1的模块供电电路对预失真芯片及***电路进行供电。

GSM功率放大器2不同于常规的功率放大器，它是AB类放大状态，线性度较高，三阶互调达到-57dBc，五阶互调达到-73dBc，七阶及七阶以上的互调值比-73dBc更小，这种GSM功率放大器的互调指标是通过双管的状态配合来达到线性度高的性能。

所述的GSM功率放大器2中，增益模块是射频IC，主要提供增益放大；数字衰减器电路是通过单片机输出高低电平对数字衰减器进行控制，从而控制该电路的衰减值，起到调整GSM功率放大器2增益的作用；推动放大器为GSM功率放大器2中的功率器件，为功率放大器提供一定增益并输出一定的功率以达到末级功放管所需的功率，同时在此种功率输出情况下要求推动放大器线性度较；末级功放管是整个GSM功率放大器2中最重要的器件，主要作用是在输出功率，并且兼顾一定的线性指标，主要是带内互调，末级功放管一和末级功放管二组成平衡放大的架构；分路电桥和合路电桥为3dB,分路电桥对推动放大器的输出功率进行功率分路，合路电桥对末级功放管一和末级功放管二进行增益和功率合路；微带耦合器是通过微带之前的耦合作用实现耦合作用，其作用是耦合功率放大器的非线性失真信号，然后反馈给APD模块1；隔离器是功率放大器的最后一级，作用是对反射信号进行隔离，保证末级功放管稳定工作和较好的输出驻波比。模块供电电路包含电源转换电路、电源输入输出滤波电路、以及电压开关电路，为功率放大器各单元电路提供供电；模块控制电路包含数控衰减控制、485通信、ALC控制、功率检测、温度检测、射频和电源开关控制等，为功率放大器提供各种控制功能。

APD模块1和GSM功率放大器2组成一个闭环链路，GSM功率放大器2随着输出功率的不同产生的非线性失真不同，同时APD模块1根据采样的非线性信号的变化实时地进行调整，组成一个闭环控制的***，具体的调整过程为：当APD模块1采样的GSM功率放大器2反馈的非线性信号的幅度和相位变大时，APD模块1调整输出的反向非线性信号的幅度和相位大小，相应地等幅度和等相位变大；当APD模块1采样的GSM功率放大器2反馈的非线性信号的幅度和相位变小时，APD模块1调整输出的反向非线性信号的幅度和相位大小，相应地等幅度和等相位变小；通过上述过程，APD模块1可以实时地应对GSM功率放大器2的非线性信号变化，做到实时调整。

APD模块1和GSM功率放大器2配合使用后，经过APD模块1和GSM功率放大器2组成的闭环***的实时调整，GSM功率放大器在输出功率达到38dBm时的输出互调（包含三阶、五阶、七阶及七阶以上）绝对值可以达到-38dBm，相对值为-73dBc。

本发明同现有技术相比所具有的优点、特点或积极效果：

和现有技术相比，本发明具有如下优点：和常规功率放大器相比，通过采用APD技术配合满足一定线性的GSM功率放大器，在输出38dBm的情况下，互调指标高，绝对值达到-38dBm，相对值达到-73dBc,处于行业领先水平，可满足GSM直放站***在满足CE标准下输出功率大、覆盖范围大的要求，具有实用价值。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

其中，定向耦合器1为输入定向耦合器，定向耦合器2为输出定向耦合器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明：

一种采用APD技术的高互调功率放大器包含APD模块1、GSM功率放大器2，APD模块1还包括：输入定向耦合器、预失真处理电路、输出定向耦合器、反馈信号电路、模块供电电路；射频信号从APD模块1的RF IN接口输入，信号经过定向耦合器，一路直通一路耦合取样输入到预失真处理电路，预失真处理电路对输入的耦合信号和通过反馈电路反馈的失真信号进行比较后进行预失真处理，输出的预失真信号和与直通的信号通过定向耦合器进行合路后进行输出。GSM功率放大器2还包含：增益模块、数字衰减器及控制电路、推动放大器、分路电桥、末级功放管一、末级功放管二、合路电桥、隔离器、微带耦合器、模块供电电路和控制电路；信号输入到GSM功率放大器，先后经过增益模块、数字衰减器电路、推动放大器、分路电桥、末级功放管一、末级功放管二、合路电桥、微带耦合器、隔离器，最后通过射频连接器输出。

APD模块1的具体实施原理为:输入定向耦合器对RF IN接口输入的信号进行分路，一路直通，一路进行耦合取样，定向耦合器选择10dB耦合度，主要考虑耦合信号的大小与直通端的***损耗的兼顾。输出定向耦合器用于输出端对预失真信号和与直通的信号进行合路，该耦合器的耦合度也为10dB，选择原则同输入定向耦合器。预失真处理电路基于预失真芯片，配合输入信号采样和反馈信号采样，对两者进行比较得到预失真信号，然后进行输出，预失真芯片的选择是关键因素，要求其补偿能力达到17dBc以上。反馈信号电路提供功率放大器的非线性失真的反馈通道，为了达到最好的预失真效果，需要在信号电路上加入π型衰减器调节反馈信号的大小，另外反馈通道的微带走线和屏蔽需要特别考虑，不能收到外界信号的干扰或使干扰小于一定的水平。

GSM功率放大器2的具体实施原理为：增益模块是射频IC，主要提供增益放大；数字衰减器及控制电路是通过模块控制电路中的单片机输出高低电平对数字衰减器进行控制，从而控制该电路的衰减值，起到调整GSM功率放大器2增益的作用；推动放大器为GSM功率放大器2中的功率器件，为功率放大器提供一定增益并输出一定的功率以达到末级功放管所需的功率，同时在此种功率输出情况下要求推动放大器线性度较；末级功放管是整个GSM功率放大器2中最重要的器件，主要作用是在输出功率，并且兼顾一定的线性指标，主要是带内互调，末级功放管一和末级功放管二组成平衡放大的架构；分路电桥和合路电桥为3dB,分路电桥对推动放大器的输出功率进行功率分路，合路电桥对末级功放管一和末级功放管二进行增益和功率合路；微带耦合器是通过微带之前的耦合作用实现耦合作用，其作用是耦合功率放大器的非线性失真信号，然后反馈给APD模块1；隔离器是功率放大器的最后一级，作用是对反射信号进行隔离，保证末级功放管稳定工作和较好的输出驻波比。模块供电电路包含电源转换电路、电源输入输出滤波电路、以及电压开关电路，为功率放大器各单元电路提供供电；模块控制电路包含数控衰减控制、485通信、ALC控制、功率检测、温度检测、射频和电源开关控制等，为功率放大器提供各种控制功能。

APD模块是基于预失真芯片的线性补偿模块，所采用的基本原理是输入信号和反馈信号采样，根据两个信号的对比分离出非线性失真信号，然后对非线性失真信号做反向预失真处理，得到预失真信号，然后以一定的功率电平值输出。APD模块的补偿效果取决输入信号、反馈信号、输出的预失真的幅度值、相位值，也与这三种信号的纯度、匹配程度紧密相关。在实际的应用中，应根据功率放大器的输出电平和失真情况，灵活地调整输入信号、反馈信号及预失真信号的大小，以达到最好的补偿效果。此外应特别注意APD模块的供电电路，供电电路不能出现明显的电源纹波和电源附加杂散，否则会影响到补偿效果。

GSM功率放大器所采用的基本原理为通过推动放大器和末级功放管的功率回退来实现较高互调的要求。这种功率放大器不同于常规的功率放大器，它是AB类放大状态，线性度较高，其较高的互调指标是通过双管的状态配合来达到线性度高的性能。三阶互调达到-57dBc，五阶互调达到-73dBc，七阶及七阶以上的互调值为-73dBc更小，这样再配合APD模块，可实现在GSM900频段范围内的任意频点均可实现满足CE指标的互调指标-38dBm。

Claims (4)

1.一种采用APD技术的高互调功率放大器，其特征在于：包括APD模块（1），GSM功率放大器（2）；APD模块（1）和GSM功率放大器（2）组成一个闭环链路；射频信号从APD模块（1）输入口输入，射频信号经过预失真处理后由APD输出口输出预失真信号，预失真信号通过GSM功率放大器（2）输入口输入，预失真信号对功率放大器功率输出产生的非线性进行精确补偿，使功率放大器输出线性失真非常小且高互调的射频信号，同时GSM功率放大器（2）输出信号通过功率耦合得到APD模块（1）的反馈信号，利用反馈信号在APD模块（1）内部进行上述预失真处理。

2.根据权利要求1所述的一种采用APD技术的高互调功率放大器，其特征在于：所述APD模块（1）包括输入定向耦合器、预失真处理电路、输出定向耦合器、反馈信号电路、模块供电电路；预失真处理电路分别与输入定向耦合器、输出定向耦合器、反馈信号电路、模块供电电路连接，RF IN接口与输入定向耦合器连接，输入定向耦合器与输出定向耦合器连接；射频信号从RF IN接口输入，一路由输入定向耦合器直接进入输出定向耦合器，另一路依次经过输入定向耦合器、预失真处理电路、输出定向耦合器，两路信号在输出定向耦合器汇合输出形成合路信号，反馈信号电路提供功率放大器（2）的非线性失真信号的路径。

3.根据权利要求2所述的一种采用APD技术的高互调功率放大器，其特征在于：所述GSM功率放大器（2）包括：增益模块、数字衰减器及控制电路、推动放大器、分路电桥、末级功放管一、末级功放管二、合路电桥、隔离器、微带耦合器、模块供电电路和控制电路；输出定向耦合器与增益模块连接，增益模块、数字衰减器及控制电路、推动放大器、分路电桥依次连接，分路电桥分别与末级功放管一、末级功放管二连接，末级功放管一、末级功放管二分别与合路电桥连接，合路电桥与微带耦合器连接，微带耦合器分别与隔离器、反馈信号电路连接；

由APD模块（1）中的输出定向耦合器输出的合路信号通过功率放大器输入口输入，射频信号先后经过增益模块、数字衰减器及控制电路、推动放大器、分路电桥、末级功放管一、末级功放管二、合路电桥、微带耦合器、隔离器，最后通过射频接头输出；APD模块1的反馈信号由GSM功率放大器（2）输出信号通过微带耦合器功率耦合得到。

4.根据权利要求3所述的一种采用APD技术的高互调功率放大器，其特征在于：所述模块供电电路和控制电路包括模块供电电路、模块控制电路；

模块供电电路包括电源转换电路、电源输入输出滤波电路、以及电压开关电路，此模块为功率放大器各单元电路提供供电；模块控制电路包括数控衰减控制、485通信、ALC控制、功率检测、温度检测、射频和电源开关控制，此模块为功率放大器提供控制功能。