CN1090445A - 具有线性化电路的微波放大器增益失真的自适应校正的方法和电路 - Google Patents

Abstract

描述了在与预校正线性化电路相连接的微波放 大器中，对由于热漂移、老化等原因而造成的增益失 真进行自适应校正的过程和电路。该过程涉及数字 化调制信号，即QAM，在其中峰值功率信号与平均 值功率信号之比为恒定值。只有该放大器是线性的， 在放大之后这个比值才是恒定的，它是在放大器的输 出端测量的，以改变线性化电路/放大器链路的 AM/AM失真特性并保持在输出端的比值等于在 输入端的比值。并且也描述了相关的校正电路。

Description

本发明涉及无线电频率信号传输领域，更详细地说是涉及有关用于具有线性化电路的微波放大器增益失真的自适应校正的过程和电路。

如同已知的那样，一个功率放大器呈现线性，即为它所具有的增益和相位特性随输入信号功率的变化而保持不变，并且通常只是对一定范围的所说的功率值而言的。在一个普通的放大器中，对于高输入信号功率电平来说线性的偏差原则上包括增益的压缩和输入/输出相移的增加。所说的非线性产生被放大信号的失真并因此增加了交叉调制噪声。这样一个信号的传送对于该接收机可以引起严重的麻烦，例如在数字调制信号的情况中的一个高数值BER。为了克服这个麻烦，某些时候使用了根据不同电路类型而制作的适当的被线性化的电路，即使用主要涉及本发明应用范围的预校正电路已知，一预校正电路包括许多非线性元件，它根据所说信号的功率电平和该放大器导致初始信号失真的幅度，对一具有低功率电平的无线电频率信号的幅度和相位进行预校正。更详细地说，这种预校正的方式是使所预置的修正与由不同原因导致的放大器信号的失真趋势大小相等方向相反。

预校正线性化电路具有快速工作的优点，因而特别适用于微波信号放大器的前端。另一方面，利用这种方法线性化的放大器中，还仍有可能存在由于工作条件的变化而引起的很小的增益和相位特性的变化。这是因为该增益和相位预校正趋势是在该设计阶段最初始地预置的，而在放大器工作期间是没有变化的，除非当该被放大的信号太恶化而需单独地人工调节。因为所述预校正倾向准确地重现一特定的放大器工作点所给出的失真倾向，所以当该工作点由于上述热漂移或老化现象而产生轻微移动时，该失真倾向就发生相应变化，因而不再准确地对应于所述预校正倾向。另一方面，该预校正电路没有反馈结构，即没有一种能够进行适当的自动校正的结构。显然，当处于输入信号功率峰值时这一缺点就变得更为明显。

预校正电路线性化放大器的第二个缺点是由于一个放大器的增益决不会具有完全平坦的带宽，因而对放大器通频带的任何一个新的传送通道的选择必定包括有对该增益的重调，以便将新的增益调整到前述的预校正曲线上。

对上述缺点进行补救的已知的线性化步骤和电路是基于这样一个事实，即该放大器开始失真仅对放大器输出的较高的量级上的交叉调制产生的电平上观察到的，因为在这种情况下它们才增加。所述已知的线性化电路包括一个适当的反馈***，该***包括有用来测量产生的交叉调制的功率的电路和利用所述的测量产生一个用来校正该预校正特性的信号的电路，以恢复理想的放大器线性特性。

所述线性化电路的主要缺点是必须对诸如交叉调制产生的很低的功率电平作非常精确的测量。另外，所述测量必须在恰当地定界的频率范围内进行。显然，这种反馈***因而不可避免地包括昂贵和复杂的装置，因此使放大器成本增加。

因此本发明的用途是欲克服上述的缺点并指出一种对带有线性化电路的微波放大器的增益失真进行自适应校正的过程，这里所说的失***要是指由于例如热漂移或元件老化或其它原因而导致的放大器工作点移动的现象。这种方法适用于峰值-均值信号功率比为常数的调制信号，例如数字调制信号。

该过程是基于甚至在放大之后所述比值仍保持恒定这样一个事实，只有当线性化电路/放大器链路具有线性工作特征时，相对于在该链路的输入端上的所述比值的原始值，整个增益的压缩才会使得在该放大器输出端上所测量的所述比值减小;反之，整个增益的扩大将使在该放大器输出端上所测量的所述比值增大。因此，该过程主要包括测量被放大的信号功率的峰值对平均值的比值，并且利用该测量值去改变该线性化电路/放大器链路的AM/AM失真特性，以保持输出端的比值等于输入端的比值。

为了实现本发明的目的，一种用于带有线性化电路的放大器的增益失真的自适应校正的过程如权利要求1所述。

本发明的另一个目的是给出一种如权利要求2至5所述的用于带有线性化电路的放大器的增益失真的自适应校正的电路。

一种包括有本发明的校正电路的线性化放大电路在一宽的温度范围内具有极好的线性并且不会受老化的影响。

另一优点是不需要增益调节，以使该放大器工作在其工作频段内所选择的一个通道上。

所有的上述优点均可采用低成本的容易得到的装置来实现。

本发明的其它的用途和优点通过下面给出一实施例的详细说明和由所给出的例子的附图可以理解，其中：

图1示出了一个被连接到本发明的用来自适应校正增益失真的电路的具有线性化电路的放大器的局部电路方框图;和

图2示出了当所述的校正电路未工作时，图1所示的放大器的某些输出信号功率的倾向的曲线。

参见图1，AMPL表示连接到一个接收微波信号RFin的预校正电路PRED的输出部分的微波功率放大器。一个用来对线性化放大器AMP的增益失真进行自适应调节的电路COMP被反馈连接在AMPL的输出和预校正电路PRED的一个控制输入端Ic之间。

该微波信号RFin是被数字调制的128-TCM信号。另外，RFin可以是根据任何QAM（正交调幅）数字调制的被调制微波信号。更广泛地说，该信号RFin可以是峰值信号功率和平均信号功率之比为恒定值的任何被调制信号。

作为一个例子的预校正电路PRED在相同申请人于1990年4月9日申请的申请号为19975    A/90的意大利专利申请中已有披露。它包括一个场效应管FET，其栅极接收由栅一源电压VG适当偏置的信号RFin，以获得FT1对信号RFin高功率值的增益扩展。该电压VG是一个约为1.5V的负电压，因此稍高于FT1的夹断电压。该偏置电压VG加到该预校正电路的控制输入端Ic，它可以从外部调节以使该增益扩展间隔幅度呈较佳的渐变调节。

FT1的漏一源输出电压Vds控制一移相器SFAS，从FT1的信号输出端引入一相位预校正。该相位预校正的大小可由来自外部的电压VP调节。预校正电路PRED的整个被预校正的信号输出送到放大器AMPL的输入端，在该信号RFin的被扩展的功率值的范围内，在额定操作条件下输出信号RFout不受失真的影响。

该例子的放大器AMPL包括一个广泛适用的微波功率FET并且它还可使用具有相似失真特性的微波管。

电路COMP包括一个用于微波工作的已知形式的包络检测器ENVD，该ENVD被连接到线LN1的一端，线LN1的第二端连接到接地终端负载TER。线LN1又被耦合到传送放大器AMPL的输出信号RFout的一传输线LN2。

在检测器ENVD的输出端上的信号是Venv，该信号Venv重现了在信号RFout中所出现的调制包络。该信号Venv被分别送到已知类型的一峰值传感器PKD和一平均值传感器AVD的输入端。在传感器PKD的输出端呈现一个倾向于与信号Venv的峰值时间一致的电压V_pk。类似的，在传感器AVD的输出端呈现一个倾向于与信号Venv的平均值时间一致的电压Vm。

峰值检测器PKD的输出被连接到一电位器R1上，从该电位器R1可以获得一个可调节的峰值电压V_pk的分压V_pk/K，K是一由实验获得的电压分配系数，并与信号RFin的调制类型有关。电压Vm和V_pk/K被分别送到一具有双供电电源+V和-V的运算放大器OP1的同相和反相输入端。运算放大器OP1的输出连接到由两个电阻R2和R3串联构成的固定电压分压器的中间。电阻R3的第二端接地。电阻R2的第二端连接到具有两个供电电源+V和-V的第二运算计算放大器OP2的反相输入端，该OP2的同相输入端接有一负参考电压-EG。在OP2的反相输入端和输出端之间接有电阻R4。OP2的输出连接到预校正电路PRED的控制输入端Ic。

参见图2，在图2中所给出的三条曲线A、B和C表明了因信号RFin而产生的信号RFout（图1）的功率的趋向，这里仅涉及到图1中的方框PRED和AMPL的级联，而不包括校正电路COMP。曲线A是在额定工作条件下得到的。曲线B和C是当上述条件未出现时获得的。图2所示的曲线清楚地指明了图1的方框PRED和AMPL的级联的增益是如何变化的。更详细地说，在三条曲线的线性部分，增益是恒定的并且在任何工作条件中该放大器AMPL均是完全地被线性化的。在曲线A的弯曲部分，由于处于饱和状态，因而增益不可避免地不再可线性压缩。在曲线B的弯曲部分表示出比曲线A更进一步的压缩。在曲线C的弯曲部分出现相反的情况，该部分的增益比曲线A要扩展。

如像已指出的那样，对于一个数字化调制信号RFin，只有当该预校正电路/放大器***呈现线性才能使峰值信号功率与平均信号功率之比恒定并在放大之后保持恒定。如果主要由于热漂移或老化的原因而使AMPL的工作点发生漂移，那么在放大器AMPL的输出端所测量到的峰值功率与平均功率之比，就要发生成比例的变化。例如在曲线B中它减少，在曲线C中它增加。

上面所精确地描述的实施该过程的电路价格昂贵的主要原因是该过程的相位是对于功率而不是电压值。该电路需使用对数放大器以获取在该输出端所测量的平均功率和峰值功率的对数，在此之后，所述功率之比将被转变成各自的对数的差。接着一反对数放大器将获得一个数值，使其与所述输入功率的恒定比值进行比较，从而产生一误差信号反馈至该线性化电路中，将曲线B和C调回靠近于曲线A。

在实际中，当不是严格应用上述方法时，最好使用如图1所示的较简单电路就可以使放大器的线性的损失得到很好的校正。在一严格的方式中对于所表示的误差的简化仅适用于零误差的情况，还使用电压V_pk和Vm代替各自的功率。这个处理过程的有效性在于该电路将误差Verr限制到一个很小的值。

操作的第一件事情是隔断电路COMP并选择一个电压-VG的固定值-VG′，这样在额定操作条件下该放大器AMPL被完全线性化，甚至在该信号RFin的峰值处也是如此。也就是，如果不存在电路COMP，则-VG′是被直接加到输入端Ic的电压。在这种情况下，AMPL的增益是由图2的曲线A来表示的。然后用置-EG＝-VG′来***校正电路COMP，并调节电位器R1的电压分压系数K以便消去OP1的两个输入端之间的电压。在这种情况下在OP1的输出端的电压Verr也是零，并且只要额定操作条件下延续该电压Verr就保持为零。由上述操作我们得出：K＝V_pk/Vm，根据实验测定V_pk和Vm及它们的比值从而确定K值。

运算放大器OP2是一个电压加法器。它的输出电压-VG等于被反相和被适当地加权的电压Verr和电压-EG之和。因而它可以在额定条件下被检验，结果Verr＝0，-VG＝-EG＝-VG′是正确的并且电路COMP未介入。任何原因导致该***超出额定操作条件都会使得Vm≠V_pk/K，也就是在OP1的输入端之间的电压将不是零。因而在OP1的输出端将会使误差电压Verr≠0。电压Vm、Vpk，-EG的极性和它们所到达的OP1和OP2输入端的反相/同相极性一起使该***形成一个负反馈电路***。用一个例子可进一步解释：如果我们假定在输出端的功率趋向于向图2中的曲线B移动，则OP1的输入端Vm＞V_pk/K。在OP1的同相输入端上的电压Vm相对于在反相输入端上的电压要占优势时，则在OP1的输出端上引出一正电压Verr。运算放大器OP2从电压-EG中减去Verr，则使负电压-VG增大。因而FET FT1的极化更加朝着夹断区域移动，导致FET FT1的较大的增益扩展以校正图2中曲线B放大器AMPL的进一步的增益压缩，从而使其趋向返回工作曲线A上。在相反的情况下采用类似的方式也可以容易地实现。

应说明的是，OP1的增益与开环增益非常接近，理论上是无穷大，因而电路COMP用于校正放大器AMPL的增益失真特别有效。

在图1的电路COMP中，并未提供具体的装置用来作用于信号RFin的相位，以校正与AMPL的增益失真相同原因导致的信号RFout的任何相位失真。显然，在QAM***中幅度失真比相位失真更为关键。另外，在试图对增益失真进行校正中，该校正电路COMP还间接地进行相位失真的校正。

该校正电路COMP能够与任何已知类型的放大器/线性化电路一起工作，而不必一定必须是微波领域的，因为它可产生一作用于线性化参量上的控制量，这些参量决定了整个增益特性。例如，在二极管的线性化中，在COMP的输出端的电压-VG可变换成二极管的极化电流。

Claims (5)

1、一种对带有线性化电路的放大器的增益失真进行自适应校正的方法，该方法工作在数字化调制输入信号或其它任何的调制信号功率的峰值与平均值之比为恒定的方式之下，其特征在于该方法由以下的步骤顺序和连续地完成：

检测和测量在所述放大器的输出端上的信号调制包络的峰值功率值；

检测和测量在所述放大器的输出端上的信号的调制包络的平均功率值；

所述被测量的峰值功率值除以所被测量的平均功率值，得出一输出功率比值；

计算在输出端上的所述的功率比值与所述输入信号的恒定的峰值功率与平均功率的比值之间的差值，所述的差值构成一误差信号；和

根据所述误差信号，对所述线性化电路中决定其增益的一个或多个参量进行校正计算，以使所述误差信号降至零或减至最小。

2、一种对带有线性化电路的微波放大器的增益失真进行自适应校正的电路，该电路工作在数字化调制输入信号或其它任何的调制信号功率的峰值与平均值之比为恒定的方式之下，其特征是该电路包括有：

一连接到所述放大器（AMPL）的输出端的峰值检测器（PKD），在该检测器的输出端具有量度所述放大器（AMPL）的输出信号调制包络（RFout）的峰值的第一电压（V_pk）;

一连接到所述放大器（AMPL）的输出端的平均值检测器（AVD），在该检测器的输出端具有量度所述放大器（AMPL）的输出信号调制包络（RFout）的平均值的第二电压（Vm）;

一个连接到所述峰值检测器（PKD）的输出端的电压分压器（R1），从该分压器可取出一等于所述第一电压（V_pk）与常数（K）之比的第三电压（V_pk/K），其中常数（K）取决于所述输入信号（Rfin）的特定调制类型;

一个减法电路（OP1），执行所述第二电压（Vm）和第三电压（V_pk/K）之间的相减得到一个误差信号（Verr），这个误差信号负反馈到所述线性化电路（PRED）的参量上，所述增益取决于线性化电路的这些参量。

3、根据权利要求2所述的用于增益失真的自适应校正电路，其特征是在所述放大器（AMPL）的输出和所述峰值检测器（PKD）及平均值检测器（AVD）的输入之间设置了一用来检测所述调制包络（Venv）的包络检测器（ENVD）。

4、根据权利要求2所述的用于增益失真的自适应校正电路，其特征是所述减法电路是一开环放大器（OP1），其输入端分别送入所述第二和第三电压（Vm，V_pk/K），在其输出端给出所述误差信号（Verr）。

5、根据权利要求2所述的用于增益失真的自适应校正电路，其特征是还包括有一电路（OP2），该电路（OP2）用适当的极性将所述误差信号（Verr）变换为电压（-VG）或变换为所述线性化电路（PRED）的一有源元件（FT1）的极化电流，该元件（FT1）为构成所述预校正型线性化电路（PRED）的主要元件。

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