CN111988003A - 一种适用于twta和sspa的模拟预失真器通用结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于TWTA和SSPA的模拟预失真器通用结构，包括射频信号输入端口、射频信号输出端口、接地电路、电桥反射式结构的第一部分、串联传输式结构的第二部分和功分和合路结构的第三部分，第一部分包括3dB 90°电桥、第一隔直电容、第二隔直电容、第一肖特基二极管、第二肖特基二极管、第一直流偏置电路和第二直流偏置电路，第二部分包括第三隔直电容、第三肖特基二极管、第四隔直电容、第三直流偏置电路和第四射频扼流电感，第三部分包括输入信号功分器和输出信号功率合成器；该结构能够通过改变电路偏置状态来改变预失真器的工作模式，提高了整个电路的可调性，可实现模拟预失真器在TWTA以及SSPA两种工作状态下自由切换。

Description

一种适用于TWTA和SSPA的模拟预失真器通用结构

技术领域

本发明涉及技术领域，具体而言，涉及一种适用于TWTA和SSPA的模拟预失真器通用结构。

背景技术

随着通信技术的日益发展，对信号传输过程中的误码率、信道容量等产生了更高的要求。功率放大器是无线通信***中不可或缺的关键部件，但随着功率放大器输入功率的增大，功率放大器增益的幅度以及相位会产生非线性变化。对于行波管功率放大器(TWTA)来说，随着输入功率的增加，增益的幅度以及相位均会呈现逐渐压缩趋势，而对于固态功率放大器(SSPA)来说，随着输入功率的增加，增益的幅度趋势呈现逐渐压缩趋势，相位呈现逐渐扩张趋势。越接近饱和输出，功放的非线性失真越严重。而这种非线性失真会严重恶化通信***的性能。为了解决这一问题，线性化技术应运而生。

线性化技术包括功率回退法、前馈法、负反馈法、预失真法等等。预失真法又包括模拟预失真以及数字预失真。其中模拟预失真技术由于其设计简单，成本低等优点，被广泛应用于通信领域。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，大多采用肖特基二极管作为非线性信号发生器件，产生与目标功率放大器非线性特性相反的特性的曲线来实现对功放的线性化。

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，模拟预失真器应用于改善TWTA以及SSPA两类放大器的线性特性。随着输入功率的增加，两种类型的功放增益均产生压缩特性，而相位随着功率增长变化特性相反，因而非线性特性存在差异。因此针对TWTA以及SSPA两类放大器进行线性化电路设计要采取不同形式的电路方案，这大大增加了设计成本，限制了线性化器应用的灵活性。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；可以针对不同类型的功放(TWTA、SSPA)需要采用不同的电路设计方案，没有一种通用的结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于TWTA和SSPA的模拟预失真器通用结构，其能够通过改变电路偏置状态来改变预失真器的工作模式，提高了整个电路的可调性，可实现模拟预失真器在TWTA以及SSPA两种工作状态下自由切换。

本发明的实施例是这样实现的：

一种适用于TWTA和SSPA的模拟预失真器通用结构，其包括电桥反射式结构的第一部分、串联传输式结构的第二部分和功分和合路结构的第三部分，第一部分位于上支路，第二部分位于下支路，第三部分位于中间，第一部分包括3dB 90°电桥、第一隔直电容、第二隔直电容、第一肖特基二极管、第二肖特基二极管、第一直流偏置电路和第二直流偏置电路，3dB 90°电桥将电路分为直通端口和耦合端口两路，3dB 90°电桥的直通端口通过第一隔直电容与第一肖特基二极管相连接，第一直流偏置电路连接至第一隔直电容与第一肖特基二极管之间，3dB 90°电桥的耦合端通过第二隔直电容与第二肖特基二极管相连接，第二直流偏置电路连接至第二隔直电容与第二肖特基二极管之间；第二部分包括第三隔直电容、第三肖特基二极管、第四隔直电容和第三直流偏置电路，第三肖特基二极管连接在第三隔直电容和第四隔直电容之间，第三直流偏置电路连接至第三隔直电容和第三肖特基二极管之间；第三部分包括输入信号功分器和输出信号功率合成器，输入信号功分器连接至上支路的3dB 90°电桥和下支路的第三隔直电容，输出信号功率合成器连接至上支路的3dB 90°电桥和下支路的第四隔直电容。

在本发明较佳的实施例中，输入射频信号通过上述输入信号功分器后，分为上下两个支路，上支路的射频信号经过3dB 90°电桥在直通端口和耦合端口分成正交的两路信号，信号分别通过第一隔直电容和第二隔直电容分别加载到第一肖特基二极管和第二肖特基二极管上，利用肖特基二极管输入阻抗的非线性变化，改变相应支路的反射系数，从而产生两路反射信号，两路反射信号在3dB 90°电桥的隔离端口合成输出，下支路射频信号经过第三隔直电容到达第三肖特基二极管，再通过第四隔直电容输出非线性信号。

在本发明较佳的实施例中，上述第一肖特基二极管、第二肖特基二极管和第三肖特基二极管的阻抗与偏置状态和射频信号的输入功率大小相关，第一肖特基二极管、第二肖特基二极管和第三肖特基二极管的偏置状态分别通过第一直流偏置电路、第二直流偏置电路和第三直流偏置电路提供。

在本发明较佳的实施例中，上述第一直流偏置电路包括依次电连接的第一射频扼流电感、第一肖特基二极管偏置电阻和第一肖特基二极管直流偏置电压，第二直流偏置电路包括依次电连接的第二射频扼流电感、第二肖特基二极管偏置电阻、第二肖特基二极管直流偏置电压，第一射频扼流电感的一端电连接至第一隔直电容与第一肖特基二极管之间，第二射频扼流电感的一端电连接至第二隔直电容与第二肖特基二极管之间。

在本发明较佳的实施例中，上述第三直流偏置电路包括依次电连接的第三射频扼流电感、第三肖特基二极管偏置电阻和第三肖特基二极管直流偏置电压，第三射频扼流电感的一端电连接至第三隔直电容与第三肖特基二极管之间。

在本发明较佳的实施例中，上述第二部分还包括第四射频扼流电感，第四射频扼流电感电连接至第三肖特基二极管和第四隔直电容之间。

在本发明较佳的实施例中，上述模拟预失真器通用结构还包括接地电路，第一肖特基二极管直流偏置电压、第二肖特基二极管直流偏置电压、第三肖特基二极管直流偏置电压和第四射频扼流电感分别连接接地电路，第一肖特基二极管和第二肖特基二极管之间连接有接地电路。

在本发明较佳的实施例中，上述模拟预失真器通用结构还包括射频信号输入端口和射频信号输出端口，射频信号输入端口连接至输入信号等功分器，射频信号输出端口连接至输出信号功率合成器。

本发明的有益效果是：

本发明通过改变电路偏置状态来改变预失真器的工作模式，采用肖特基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；射频信号输入端口采用输入信号等功分器，将信号等分成上支路和下支路两路；一条支路采用电桥反射式结构，产生能与TWTA非线性特性互补的曲线；另一条支路采用串联传输式，产生与SSPA非线性特性互补的曲线；两条支路信号经过输出端功率合成器进行矢量合成，通过调节三个肖特基二极管偏置状态，实现调节合成矢量信号的幅度扩张量以及相位扩张或压缩特性的功能；传统的预失真结构仅能作用于TWTA或SSPA中的一个工作模式，相比于传统的电路结构，采用电桥反射式与串联传输式结合，使模拟预失真器的工作模式变得可调节；每一支肖特基二极管均采用单独供电的方式，调高了整个电路的可调性，整体模拟预失真器结构，具有预失真曲线可调性高、结构简单、可实现模拟预失真器在TWTA以及SSPA两种工作状态下自由切换等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。

图1为本发明适用于TWTA和SSPA的模拟预失真器通用结构的示意图；

图2为本发明模拟预失真器预失真曲线仿真结果；

图3为本发明模拟预失真器预失真曲线仿真结果；

图标：1-射频信号输入端口；2-射频信号输出端口；3-输入信号等功分器；4-输出信号功率合成器；5-3dB 90°电桥；6-第一隔直电容；7-第二隔直电容；8-第一射频扼流电感；9-第一射频扼流电感；10-第一肖特基二极管；11-第二肖特基二极管；12-第一肖特基二极管偏置电阻；13-第二肖特基二极管偏置电阻；14-第一肖特基二极管直流偏置电压；15-第二肖特基二极管直流偏置电压；16-第三隔直电容；17-第四隔直电容；18-第三肖特基二极管；19-第三射频扼流电感；20-第四射频扼流电感；21第三肖特基二极管偏置电阻；22-第三肖特基二极管直流偏置电压。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和表示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种适用于TWTA和SSPA的模拟预失真器通用结构，其包括射频信号输入端口1、射频信号输出端口2、接地电路、电桥反射式结构的第一部分、串联传输式结构的第二部分和功分和合路结构的第三部分，第一部分包括3dB 90°电桥5、第一隔直电容6、第二隔直电容7、第一肖特基二极管10、第二肖特基二极管11、第一直流偏置电路和第二直流偏置电路，第二部分包括第三隔直电容16、第三肖特基二极管18、第四隔直电容17、第三直流偏置电路和第四射频扼流电感20，第三部分包括输入信号功分器和输出信号功率合成器4，其中，第一直流偏置电路包括依次电连接的第一射频扼流电感98、第一肖特基二极管偏置电阻12和第一肖特基二极管直流偏置电压14，第二直流偏置电路包括依次电连接的第二射频扼流电感、第二肖特基二极管偏置电阻13、第二肖特基二极管直流偏置电压15，第三直流偏置电路包括依次电连接的第三射频扼流电感19、第三肖特基二极管偏置电阻21和第三肖特基二极管直流偏置电压22；本实施例能够通过改变电路偏置状态来改变预失真器的工作模式，提高了整个电路的可调性，可实现模拟预失真器在行波管放大器以及固态功率放大器两种工作状态下自由切换。

本实施例的第一部分位于上支路，第二部分位于下支路，第三部分位于中间，从第三部分输入射频信号，经过第一部分后射频信号传递至第三部分，第二部分经第三部分输入射频信号并反射信号至第三部分，最终输出；第一部分包括3dB 90°电桥5、第一隔直电容6、第二隔直电容7、第一肖特基二极管10、第二肖特基二极管11、第一直流偏置电路和第二直流偏置电路，3dB 90°电桥5分别连接至第三部分的输入信号功分器和输出信号功率合成器4，3dB 90°电桥5将电路分为直通端口和耦合端口两路，3dB 90°电桥5的直通端口电连接第一隔直电容6，并通过第一隔直电容6与第一肖特基二极管10相连接，第一直流偏置电路连接至第一隔直电容6与第一肖特基二极管10之间，3dB 90°电桥5的耦合端电连接第二隔直电容7，并通过第二隔直电容7与第二肖特基二极管11相连接，第二直流偏置电路连接至第二隔直电容7与第二肖特基二极管11之间，其中，第一隔直电容6、第一肖特基二极管10和第一直流偏置电路所在的直通端口的电路，与第二隔直电容7、第二肖特基二极管11和第二直流偏置电路所在的耦合端口的电路呈对称的电路结构；第一直流偏置电路包括依次电连接的第一射频扼流电感98、第一肖特基二极管偏置电阻12和第一肖特基二极管直流偏置电压14，第二直流偏置电路包括依次电连接的第二射频扼流电感、第二肖特基二极管偏置电阻13、第二肖特基二极管直流偏置电压15，第一射频扼流电感98的一端电连接至第一隔直电容6与第一肖特基二极管10之间，第二射频扼流电感的一端电连接至第二隔直电容7与第二肖特基二极管11之间，第一肖特基二极管直流偏置电压14和第二肖特基二极管直流偏置电压15分别连接接地电路，第一肖特基二极管10和第二肖特基二极管11之间电连接并连接有接地电路。

第二部分包括第三隔直电容16、第三肖特基二极管18、第四隔直电容17和第三直流偏置电路，第三肖特基二极管18连接在第三隔直电容16和第四隔直电容17之间，第三直流偏置电路连接至第三隔直电容16和第三肖特基二极管18之间；第三直流偏置电路包括依次电连接的第三射频扼流电感19、第三肖特基二极管偏置电阻21和第三肖特基二极管直流偏置电压22，第三射频扼流电感19的一端电连接至第三隔直电容16与第三肖特基二极管18之间，第四射频扼流电感20电连接至第三肖特基二极管18和第四隔直电容17之间，第三肖特基二极管直流偏置电压22和第四射频扼流电感20分别连接有接地电路。

第三部分包括输入信号功分器和输出信号功率合成器4，射频信号输入端口1连接至输入信号等功分器3，射频信号输出端口2连接至输出信号功率合成器4，射频信号经射频信号输入端口1进入输入信号功分器，经过输入信号功分器的射频信号传输至上支路的第一部分和下支路的第二部分，输入信号功分器连接至上支路的3dB 90°电桥5和下支路的第三隔直电容16，输出信号功率合成器4连接至上支路的3dB 90°电桥5和下支路的第四隔直电容17。

输入射频信号通过输入信号功分器后，分为上下两个支路，上支路的射频信号经过3dB90°电桥5在直通端口和耦合端口分成正交的两路信号，射频信号分别通过第一隔直电容6和第二隔直电容7分别加载到第一肖特基二极管10和第二肖特基二极管11上，利用第一肖特基二极管10和第二肖特基二极管11输入阻抗的非线性变化，改变相应支路的反射系数，从而产生两路反射信号，两路反射信号在3dB 90°电桥5的波导正交电桥隔离端口合成输出，下支路射频信号经过第三隔直电容16到达第三肖特基二极管18，再通过第四隔直电容17向输出信号功率合成器4输出非线性信号；第一肖特基二极管10、第二肖特基二极管11和第三肖特基二极管18的阻抗与偏置状态和射频信号的输入功率大小相关，第一肖特基二极管10、第二肖特基二极管11和第三肖特基二极管18的偏置状态分别通过第一直流偏置电路、第二直流偏置电路和第三直流偏置电路提供。

请参照图2和图3，其中图2为工作频率18GHz时，第三肖特基二极管处于不同偏置状态下，预失真器增益幅度随着输入功率增加的变化曲线，图3为工作频率18GHz时，第三肖特基二极管处于不同偏置状态下，预失真器增益相位随着输入功率增加的变化曲线。通过模拟预失真曲线的仿真结果，在18GHz时电压可调谐增益幅度特性和18GHz时电压可调谐增益相位特性，可知，第一肖特基二极管10、第二肖特基二极管11产生的非线性信号经过3dB90°电桥5在隔离端口合成，产生可针对TWTA非线性特性进行补偿的曲线；第三肖特基二极管18产生可调节的非线性曲线，通过改变第三肖特基二极管直流偏置电压22以及第三肖特基二极管18直流偏置电阻，可以改变非线性曲线特性，即可以产生扩张相位曲线，又可以产生压缩相位曲线；最终上下支路射频信号进行合成，通过调节第三肖特基二极管18的偏置状态，即可实现针对不同类型功放预失真的功能。

综上所述，本发明实例通过改变电路偏置状态来改变预失真器的工作模式，采用肖特基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；射频信号输入端口采用输入信号等功分器，将信号等分成上支路和下支路两路；一条支路采用电桥反射式结构，产生能与TWTA非线性特性互补的曲线；另一条支路采用串联传输式，产生与SSPA非线性特性互补的曲线；两条支路信号经过输出端功率合成器进行矢量合成，通过调节三个肖特基二极管偏置状态，实现调节合成矢量信号的幅度扩张量以及相位扩张或压缩特性的功能；传统的预失真结构仅能作用于TWTA或SSPA中的一个工作模式，相比于传统的电路结构，采用电桥反射式与串联传输式结合，使模拟预失真器的工作模式变得可调节；每一支肖特基二极管均采用单独供电的方式，调高了整个电路的可调性，整体模拟预失真器结构，具有预失真曲线可调性高、结构简单、可实现模拟预失真器在TWTA以及SSPA两种工作状态下自由切换等优点。

本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。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。

Claims (8)

1.一种适用于TWTA和SSPA的模拟预失真器通用结构，其特征在于，包括电桥反射式结构的第一部分、串联传输式结构的第二部分和功分和合路结构的第三部分，所述第一部分位于上支路，所述第二部分位于下支路，所述第三部分位于中间，所述第一部分包括3dB90°电桥、第一隔直电容、第二隔直电容、第一肖特基二极管、第二肖特基二极管、第一直流偏置电路和第二直流偏置电路，所述3dB 90°电桥将电路分为直通端口和耦合端口两路，所述3dB 90°电桥的直通端口通过第一隔直电容与第一肖特基二极管相连接，所述第一直流偏置电路连接至第一隔直电容与第一肖特基二极管之间，所述3dB 90°电桥的耦合端通过第二隔直电容与第二肖特基二极管相连接，所述第二直流偏置电路连接至第二隔直电容与第二肖特基二极管之间；所述第二部分包括第三隔直电容、第三肖特基二极管、第四隔直电容和第三直流偏置电路，所述第三肖特基二极管连接在第三隔直电容和第四隔直电容之间，所述第三直流偏置电路连接至第三隔直电容和第三肖特基二极管之间；所述第三部分包括输入信号功分器和输出信号功率合成器，所述输入信号功分器连接至上支路的3dB90°电桥和下支路的第三隔直电容，所述输出信号功率合成器连接至上支路的3dB90°电桥和下支路的第四隔直电容。

2.根据权利要求1所述的一种适用于TWTA和SSPA的模拟预失真器通用结构，其特征在于，输入射频信号通过输入信号功分器后，分为上下两个支路，上支路的射频信号经过3dB90°电桥在直通端口和耦合端口分成正交的两路信号，信号分别通过第一隔直电容和第二隔直电容分别加载到第一肖特基二极管和第二肖特基二极管上，利用肖特基二极管输入阻抗的非线性变化，改变相应支路的反射系数，从而产生两路反射信号，两路反射信号在3dB90°电桥的波导正交电桥隔离端口合成输出，下支路射频信号经过第三隔直电容到达第三肖特基二极管，再通过第四隔直电容输出非线性信号。

3.根据权利要求2所述的一种适用于TWTA和SSPA的模拟预失真器通用结构，其特征在于，所述第一肖特基二极管、第二肖特基二极管和第三肖特基二极管的阻抗与偏置状态和射频信号的输入功率大小相关，所述第一肖特基二极管、第二肖特基二极管和第三肖特基二极管的偏置状态分别通过第一直流偏置电路、第二直流偏置电路和第三直流偏置电路提供。

4.根据权利要求3所述的一种适用于TWTA和SSPA的模拟预失真器通用结构，其特征在于，所述第一直流偏置电路包括依次电连接的第一射频扼流电感、第一肖特基二极管偏置电阻和第一肖特基二极管直流偏置电压，所述第二直流偏置电路包括依次电连接的第二射频扼流电感、第二肖特基二极管偏置电阻、第二肖特基二极管直流偏置电压，所述第一射频扼流电感的一端电连接至第一隔直电容与第一肖特基二极管之间，所述第二射频扼流电感的一端电连接至第二隔直电容与第二肖特基二极管之间。

5.根据权利要求4所述的一种适用于TWTA和SSPA的模拟预失真器通用结构，其特征在于，所述第三直流偏置电路包括依次电连接的第三射频扼流电感、第三肖特基二极管偏置电阻和第三肖特基二极管直流偏置电压，所述第三射频扼流电感的一端电连接至第三隔直电容与第三肖特基二极管之间。

6.根据权利要求5所述的一种适用于TWTA和SSPA的模拟预失真器通用结构，其特征在于，所述第二部分还包括第四射频扼流电感，所述第四射频扼流电感电连接至第三肖特基二极管和第四隔直电容之间。

7.根据权利要求6所述的一种适用于TWTA和SSPA的模拟预失真器通用结构，其特征在于，所述模拟预失真器通用结构还包括接地电路，所述第一肖特基二极管直流偏置电压、第二肖特基二极管直流偏置电压、第三肖特基二极管直流偏置电压和第四射频扼流电感分别连接接地电路，所述第一肖特基二极管和第二肖特基二极管之间连接有接地电路。

8.根据权利要求3所述的一种适用于TWTA和SSPA的模拟预失真器通用结构，其特征在于，所述模拟预失真器通用结构还包括射频信号输入端口和射频信号输出端口，所述射频信号输入端口连接至输入信号等功分器，所述射频信号输出端口连接至输出信号功率合成器。

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