CN117439553A - 一种幅度和相位独立可调的模拟预失真结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种幅度和相位独立可调的模拟预失真结构，包括环形器、威尔金森功分器、由第一隔直电容和第一肖特基势垒二极管组成的第一非线性反射支路，以及由第二隔直电容和第二肖特基势垒二极管组成的第二非线性反射支路；环形器通过第一调谐传输线与威尔金森功分器相连；威尔金森功分器分别与第一非线性反射支路和第二非线性反射支路相连。本发明的模拟预失真结构电路结构简单，能够改善TWTA的非线性。在此基础上，通过调整两条非线性支路的偏置电压，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调节，提高了该结构的适用性及灵活性。
Description
技术领域
本发明属于微波功率放大器技术领域，具体涉及一种幅度和相位独立可调的模拟预失真结构。
背景技术
随着毫米波通信技术在卫星通信中的应用，卫星通信技术一直在飞速发展。人类对卫星通信方面频谱资源的利用愈加饱和。频谱资源也变得越来越宝贵，人们对其速度、质量、效率提出更高的要求。
在卫星***中与数据通信有关的有效载荷都需要完成对射频信号的放大、变频、滤波等处理工作，其中对射频信号的放大是最关键的部分。而行波管功率放大器(TWTA)凭借其输出功率大、工作频带宽等特点成为了卫星电子***中最主要使用的放大设备。
如今的卫星通信已经进入到了高通量发展阶段，卫星需要实现的功能也越来越多，随着卫星通信的数据量的增加、***的复杂度不断提高，毫无疑问需要提高卫星载荷设备的运行效率，对行波管功率放大器而言，则需要尽可能地降低其非线性失真。
为了改善放大器线性指标，减小失真，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。
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；传统的反射式预失真电路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，甚至出现恶化的情况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单，输出的信号具有幅度扩张，相位扩张的预失真特性，能够改善TWTA的非线性的幅度和相位独立可调的模拟预失真结构。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种幅度和相位独立可调的模拟预失真结构，包括环形器、威尔金森功分器、由第一隔直电容和第一肖特基势垒二极管组成的第一非线性反射支路，以及由第二隔直电容和第二肖特基势垒二极管组成的第二非线性反射支路；
环形器通过第一调谐传输线与威尔金森功分器相连；威尔金森功分器分别与第一非线性反射支路和第二非线性反射支路相连；
第一隔直电容的一端通过第二调谐传输线连接威尔金森功分器的一个信号端口，另一端分别与第一肖特基势垒二极管的阳极以及第一直流偏置电路连接，第一肖特基势垒二极管的阴极通过第四调谐传输线接地；第二隔直电容的一端通过第三调谐传输线与威尔金森功分器的另一个信号端口连接，第二隔直电容的另一端分别与第二肖特基势垒二极管的阳极以及第二直流偏置电路连接，第二肖特基势垒二极管的阴极通过第五调谐传输线接地。
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及第一肖特基势垒二极管偏置电阻，第一肖特基势垒二极管偏置电阻的另一端连接第一肖特基势垒二极管直流偏置电压；
第二直流偏置电路包括依次连接的第二射频扼流电感及第二肖特基势垒二极管偏置电阻，第二肖特基势垒二极管偏置电阻的另一端连接第二肖特基势垒二极管偏置电压。
本发明的有益效果是：本发明的模拟预失真结构采用环形器、威尔金森功分器、有源偏置的肖特基势垒二极管以及调谐传输线组成的反射式结构，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；信号通过环形器进入，由威尔金森功分器等分成两路；两条支路都采用肖特基势垒二极管，产生非线性失真的反射信号；两条支路的反射信号再由威尔金森功分器进行矢量合成，并由环形器第三端口输出，输出的信号具有幅度扩张，相位扩张的预失真特性，能够改善TWTA的非线性。在此基础上，通过调整两条非线性支路的偏置电压，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调节，提高了该结构的适用性及灵活性。
附图说明
图1为本发明的模拟预失真结构的结构示意图；
图2为本发明实施例的模拟预失真器幅度与相位补偿曲线的仿真结果示意图；
附图标记说明：1、射频信号输入端口；2、射频信号输出端口；3、环形器；4、第一调谐传输线；5、威尔金森功分器；6、第二调谐传输线；7、第三调谐传输线；8、第一隔直电容；9、第二隔直电容；10、第一肖特基势垒二极管；11、第二肖特基势垒二极管；12、第四调谐传输线；13、第五调谐传输线；14、第一射频扼流电感；15、第二射频扼流电感；16、第一肖特基势垒二极管偏置电阻；17、第二肖特基势垒二极管偏置电阻；18、第一肖特基势垒二极管偏置电压；19、第二肖特基势垒二极管偏置电压。
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，本发明的一种用于TWTA的幅度和相位独立可调的模拟预失真结构，包括环形器3、威尔金森功分器5、由第一隔直电容8和第一肖特基势垒二极管10组成的第一非线性反射支路，以及由第二隔直电容9和第二肖特基势垒二极管11组成的第二非线性反射支路；
环形器3通过第一调谐传输线4与威尔金森功分器5相连，将射频信号输入端口1的输入信号传递给威尔金森功分器5，并将反射合成后的信号由射频信号输出端口2输出，保证输入信号和输出信号之间有很好的隔离；威尔金森功分器5分别与第一非线性反射支路和第二非线性反射支路相连，主要完成将输入的信号分成两路，并将反射回来的信号进行合成；
第一隔直电容8的一端通过第二调谐传输线6连接威尔金森功分器5的一个信号端口，另一端分别与第一肖特基势垒二极管10的阳极以及第一直流偏置电路连接，第一肖特基势垒二极管10的阴极通过第四调谐传输线12接地；第二隔直电容9的一端通过第三调谐传输线7与威尔金森功分器5的另一个信号端口连接，第二隔直电容9的另一端分别与第二肖特基势垒二极管11的阳极以及第二直流偏置电路连接，第二肖特基势垒二极管11的阴极通过第五调谐传输线13接地。
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14及第一肖特基势垒二极管偏置电阻16，第一肖特基势垒二极管偏置电阻16的另一端连接第一肖特基势垒二极管直流偏置电压18；
第二直流偏置电路包括依次连接的第二射频扼流电感15及第二肖特基势垒二极管偏置电阻17，第二肖特基势垒二极管偏置电阻17的另一端连接第二肖特基势垒二极管偏置电压19。
射频信号输入端口1的射频输入信号通过环形器将信号传递到环形器3的第二端口，第二端口的输出信号经过威尔金森功分器5，等分成两路等幅同相的信号；等分后的信号分别通过第一隔直电容8加载到第一肖特基势垒二极管10上，通过第二隔直电容9加载到第二肖特基势垒二极管11上；利用肖特基势垒二极管输入阻抗随输入功率的非线性变化，改变相应支路的反射系数；产生的两路反射信号又经功分器合成后，由环形器的第三端口输出最终的非线性信号。
肖特基势垒二极管的阻抗与射频信号的输入功率大小、直流偏置状态有关。第一射频扼流电感14、第一肖特基势垒二极管偏置电阻16、第一肖特基势垒二极管直流偏置电压18组成第一直流偏置电路；第二射频扼流电感15、第二肖特基势垒二极管偏置电阻17、第二肖特基势垒二极管偏置电压19组成第二直流偏置电路；两个直流偏置电路分别给第一肖特基势垒二极管10和第一肖特基势垒二极管11提供偏置状态。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10产生的非线性信号的失真特性；通过调节第二直流偏置电路的偏置电压V2可以调节第二肖特基势垒二极管11产生的非线性信号的失真特性，最后两路信号经过威尔金森功分器5合成，产生可针对TWTA非线性特性进行补偿的曲线。
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示意图，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。其中，图(a)和图(b)分别为18.5GHz处，V2＝3.53V时第一直流偏置电路的偏置电压V1可调谐幅度曲线和相位特性曲线，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相位扩张量，而幅度扩张量变化很小；图(c)和图(d)分别为18.5GHz处，V1＝1.36V时第二直流偏置电路的偏置电压V2可调谐幅度曲线与相位特性曲线，从图中可以看出，在电压V1为一定值时，电压V2可调节此预失真器的幅度扩张量，而相位的扩张量变化很小，从而实现幅度与相位的独立可调。
可以看出，本发明提供的适用于TWTA的幅度和相位独立可调的模拟预失真结构，通过改变电路偏置状态能够实现预失真器的幅度与相位补偿量相对独立变化。相比于现有的反射式电路结构，采用这种新的预失真线性化结构，可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，使得预失真补偿曲线幅度和相位可独立调节，具有可调性高、结构简单等优点。
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 (2)
1.一种幅度和相位独立可调的模拟预失真结构，其特征在于，包括环形器(3)、威尔金森功分器(5)、由第一隔直电容(8)和第一肖特基势垒二极管(10)组成的第一非线性反射支路，以及由第二隔直电容(9)和第二肖特基势垒二极管(11)组成的第二非线性反射支路；
环形器(3)通过第一调谐传输线(4)与威尔金森功分器(5)相连；威尔金森功分器(5)分别与第一非线性反射支路和第二非线性反射支路相连；
第一隔直电容(8)的一端通过第二调谐传输线(6)连接威尔金森功分器(5)的一个信号端口，另一端分别与第一肖特基势垒二极管(10)的阳极以及第一直流偏置电路连接，第一肖特基势垒二极管(10)的阴极通过第四调谐传输线(12)接地；第二隔直电容(9)的一端通过第三调谐传输线(7)与威尔金森功分器(5)的另一个信号端口连接，第二隔直电容(9)的另一端分别与第二肖特基势垒二极管(11)的阳极以及第二直流偏置电路连接，第二肖特基势垒二极管(11)的阴极通过第五调谐传输线(13)接地。
2.根据权利要求1所述的一种幅度和相位独立可调的模拟预失真结构，其特征在于，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(14)及第一肖特基势垒二极管偏置电阻(16)，第一肖特基势垒二极管偏置电阻(16)的另一端连接第一肖特基势垒二极管直流偏置电压(18)；
第二直流偏置电路包括依次连接的第二射频扼流电感(15)及第二肖特基势垒二极管偏置电阻(17)，第二肖特基势垒二极管偏置电阻(17)的另一端连接第二肖特基势垒二极管偏置电压(19)。
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