CN117879517A - 一种优化有源移相器线性度波动的可变增益放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种优化有源移相器线性度波动的可变增益放大器，涉及可变增益放大器领域，包括正交信号放大单元和正交信号优化单元；正交信号放大单元用于接收两路正交信号，对两路正交信号进行放大以产生放大信号；正交信号优化单元用于在两路正交信号放大过程中叠加极性相反的放大信号，产生优化后的放大信号并将其输出至有源移相器后级电路，以优化有源移相器线性度波动。本发明通过在正交信号放大过程中叠加极性相反的放大信号以产生优化后的放大信号，进而优化有源移相器线性度波动。
Description
技术领域
本发明涉及可变增益放大器领域，具体涉及一种优化有源移相器线性度波动的可变增益放大器。
背景技术
移相器作为相控阵***核心模块之一，主要承担波束赋型、波束扫描的功能。由于移相器通过不断改变管子状态来实现相位切换，所以这必然导致不同状态下移相器线性度变化。尤其是对于有源移相器，当可变增益放大器处在不同偏置电压控制下，其线性度变化较大。有源移相器主要由正交信号发生器、可变增益放大器以及DAC（数模转换器）三个部分组成。正交信号发生器主要是通过无源结构实现，不会导致线性度波动。可变增益放大器有吉尔伯特单元VGA（可变增益放大器）和共源型VGA。
吉尔伯特单元VGA是通过控制尾电流晶体管的电流来控制两路正交信号的放大倍数。但是当流过尾电流晶体管的电流变化时，其漏级电位也会随之变化，进而导致吉尔伯特单元VGA中起放大作用的晶体管的偏置电压变化，使得起放大作用的晶体管工作在不同电流状态下，而起放大作用的晶体管直流工作点变化又会导致晶体管的三阶非线性系数变化，最终造成移相器在不同相位状态下线性度一致性较差的问题。
共源型VGA取消了两路正交信号的尾电流晶体管，控制方式由吉尔伯特单元控制尾电流大小变成了直接控制共源极放大管的栅极电压。然而其本质上仍然是通过改变用作放大的管子的直流工作点来改变放大倍数。
因此，不论是哪一种可变增益放大器结构都无法避免控制电压变化导致的管子状态变化，进而表现为移相器线性度在不同相位状态下波动较大的问题。这一问题在相控阵***中将导致：1、接收机输出到中频的信号强度波动较大；2、信号在某些波束方向角无法驱动发射机的功率放大器正常输出高功率信号。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种优化有源移相器线性度波动的可变增益放大器，通过在信号放大过程中叠加极性相反的放大信号以产生优化后的放大信号，进而优化有源移相器线性度波动。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种优化有源移相器线性度波动的可变增益放大器，包括正交信号放大单元和正交信号优化单元；
正交信号放大单元用于接收两路正交信号，对两路正交信号进行放大以产生放大信号；
正交信号优化单元用于在两路正交信号放大过程中叠加极性相反的放大信号，产生优化后的放大信号并将其输出至有源移相器后级电路，以优化有源移相器线性度波动。
进一步地，正交信号放大单元包括第一正交信号放大单元和第二正交信号放大单元；
第一正交信号放大单元用于根据第一偏置电压产生第一正向正交放大信号和第一负向正交放大信号；
第二正交信号放大单元用于根据第三偏置电压产生第二正向正交放大信号和第二负向正交放大信号。
进一步地，第一正交信号放大单元包括电阻R1、晶体管M1、电容C1、电阻R4、晶体管M4和电容C4；电阻R1的一端连接第一偏置电压，电阻R1的另一端同时连接电容C1的一端和晶体管M1的栅极，电容C1的另一端连接第一正向正交信号输入口，晶体管M1的源极接地，晶体管M1的漏极连接第一正向正交优化信号输出端口，电阻R4的一端连接第一偏置电压，电阻R4的另一端同时连接电容C4的一端和晶体管M4的栅极，电容C4的另一端连接第一负向正交信号输入口，晶体管M4的源极接地，晶体管M4的漏极连接第一负向正交优化信号输出端口。
进一步地，第二正交信号放大单元包括电阻R5、晶体管M5、电容C5、电阻R8、晶体管M8和电容C8；电阻R5的一端连接第三偏置电压，电阻R5的另一端同时连接电容C5的一端和晶体管M5的栅极，电容C5的另一端连接第二正向正交信号输入口，晶体管M5的源极接地，晶体管M5的漏极连接第二正向正交优化信号输出端口，电阻R8的一端连接第三偏置电压，电阻R8的另一端同时连接电容C8的一端和晶体管M8的栅极，电容C8的另一端连接第二负向正交信号输入口，晶体管M8的源极接地，晶体管M8的漏极连接第二负向正交优化信号输出端口。
进一步地，正交信号优化单元包括第一正交信号优化单元和第二正交信号优化单元；
第一正交信号优化单元用于根据与第一偏置电压极性相反的第二偏置电压产生第一正向正交叠加信号和第一负向正交叠加信号，利用第一正向正交叠加信号与第一正向正交放大信号进行矢量相加以产生第一正向正交优化信号，利用第一负向正交叠加信号与第一负向正交放大信号进行矢量相加以产生第一负向正交优化信号；
第二正交信号优化单元用于根据与第三偏置电压极性相反的第四偏置电压产生第二正向正交叠加信号和第二负向正交叠加信号，利用第二正向正交叠加信号与第二正向正交放大信号进行矢量相加以产生第二正向正交优化信号，利用第二负向正交叠加信号与第二负向正交放大信号进行矢量相加以产生第二负向正交优化信号。
进一步地，第一正交信号优化单元包括电阻R2、晶体管M2、电容C2、电阻R3、晶体管M3和电容C3；电阻R2的一端连接与第一偏置电压极性相反的第二偏置电压，电阻R2的另一端同时连接电容C2的一端和晶体管M2的栅极，电容C2的另一端连接第一正向正交信号输入口，晶体管M2的源极接地，晶体管M2的漏极连接第一负向正交优化信号输出端口，电阻R3的一端连接与第一偏置电压极性相反的第二偏置电压，电阻R3的另一端同时连接电容C3的一端和晶体管M3的栅极，电容C3的另一端连接第一负向正交信号输入口，晶体管M3的源极接地，晶体管M3的漏极连接第一正向正交优化信号输出端口。
进一步地，第二正交信号优化单元包括电阻R6、晶体管M6、电容C6、电阻R7、晶体管M7和电容C7；电阻R6的一端连接与第三偏置电压极性相反的第四偏置电压，电阻R6的另一端同时连接电容C6的一端和晶体管M6的栅极，电容C6的另一端连接第二正向正交信号输入口，晶体管M6的源极接地，晶体管M6的漏极连接第二正向正交优化信号输出端口，电阻R7的一端连接与第三偏置电压极性相反的第四偏置电压，电阻R7的另一端同时连接电容C7的一端和晶体管M7的栅极，电容C7的另一端连接第二负向正交信号输入口，晶体管M7的源极接地，晶体管M7的漏极连接第二负向正交优化信号输出端口。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明通过设置的第一正交信号优化单元和第二正交信号优化单元，在信号放大过程中叠加极性相反的放大信号以产生优化后的放大信号，进而优化有源移相器线性度波动；
（2）本发明通过设置的第一尾电流单元和第二尾电流单元，能够控制两路正交信号的放大倍数。
附图说明
图1为一种优化有源移相器线性度波动的可变增益放大器结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
一种优化有源移相器线性度波动的可变增益放大器，包括正交信号放大单元和正交信号优化单元。
在本发明的一个可选实施例中，正交信号放大单元用于接收两路正交信号，对两路正交信号进行放大以产生放大信号。
正交信号放大单元包括第一正交信号放大单元和第二正交信号放大单元。
第一正交信号放大单元用于根据第一偏置电压产生第一正向正交放大信号和第一负向正交放大信号。
如图1所示，第一正交信号放大单元包括电阻R1、晶体管M1、电容C1、电阻R4、晶体管M4和电容C4；电阻R1的一端连接第一偏置电压，第一偏置电压为图1中的Vc_M14，电阻R1的另一端同时连接电容C1的一端和晶体管M1的栅极，电容C1的另一端连接第一正向正交信号输入口，晶体管M1的源极接地，晶体管M1的漏极连接第一正向正交优化信号输出端口，电阻R4的一端连接第一偏置电压，电阻R4的另一端同时连接电容C4的一端和晶体管M4的栅极，电容C4的另一端连接第一负向正交信号输入口，晶体管M4的源极接地，晶体管M4的漏极连接第一负向正交优化信号输出端口。
第二正交信号放大单元用于根据第三偏置电压产生第二正向正交放大信号和第二负向正交放大信号。
如图1所示，第二正交信号放大单元包括电阻R5、晶体管M5、电容C5、电阻R8、晶体管M8和电容C8；电阻R5的一端连接第三偏置电压，第三偏置电压为图1中的Vc_M58，电阻R5的另一端同时连接电容C5的一端和晶体管M5的栅极，电容C5的另一端连接第二正向正交信号输入口，晶体管M5的源极接地，晶体管M5的漏极连接第二正向正交优化信号输出端口，电阻R8的一端连接第三偏置电压，电阻R8的另一端同时连接电容C8的一端和晶体管M8的栅极，电容C8的另一端连接第二负向正交信号输入口，晶体管M8的源极接地，晶体管M8的漏极连接第二负向正交优化信号输出端口。
在本发明的一个可选实施例中，正交信号优化单元用于在两路正交信号放大过程中叠加极性相反的放大信号，产生优化后的放大信号并将其输出至有源移相器后级电路，以优化有源移相器线性度波动。
正交信号优化单元包括第一正交信号优化单元和第二正交信号优化单元。
第一正交信号优化单元用于根据与第一偏置电压极性相反的第二偏置电压产生第一正向正交叠加信号和第一负向正交叠加信号，利用第一正向正交叠加信号与第一正向正交放大信号进行矢量相加以产生第一正向正交优化信号，利用第一负向正交叠加信号与第一负向正交放大信号进行矢量相加以产生第一负向正交优化信号。
如图1所示，本发明中第一正向正交叠加信号与第一正向正交放大信号在节点A处进行矢量相加以产生第一正向正交优化信号。本发明中第一负向正交叠加信号与第一负向正交放大信号在节点B处进行矢量相加以产生第一负向正交优化信号。
如图1所示，第一正交信号优化单元包括电阻R2、晶体管M2、电容C2、电阻R3、晶体管M3和电容C3；电阻R2的一端连接与第一偏置电压极性相反的第二偏置电压，第二偏置电压为图1中的Vc_M23，电阻R2的另一端同时连接电容C2的一端和晶体管M2的栅极，电容C2的另一端连接第一正向正交信号输入口，晶体管M2的源极接地，晶体管M2的漏极连接第一负向正交优化信号输出端口，电阻R3的一端连接与第一偏置电压极性相反的第二偏置电压，电阻R3的另一端同时连接电容C3的一端和晶体管M3的栅极，电容C3的另一端连接第一负向正交信号输入口，晶体管M3的源极接地，晶体管M3的漏极连接第一正向正交优化信号输出端口。
第二正交信号优化单元用于根据与第三偏置电压极性相反的第四偏置电压产生第二正向正交叠加信号和第二负向正交叠加信号，利用第二正向正交叠加信号与第二正向正交放大信号进行矢量相加以产生第二正向正交优化信号，利用第二负向正交叠加信号与第二负向正交放大信号进行矢量相加以产生第二负向正交优化信号。
第二正向正交优化信号与第一正向正交优化信号叠加产生优化后的正向放大信号。第二负向正交优化信号与第一负向正交优化信号叠加产生优化后的负向放大信号。本发明产生优化后的正向放大信号和优化后的负向放大信号，即优化后的放大信号并将其输出至有源移相器后级电路，以优化有源移相器线性度波动。
如图1所示，第二正交信号优化单元包括电阻R6、晶体管M6、电容C6、电阻R7、晶体管M7和电容C7；电阻R6的一端连接与第三偏置电压极性相反的第四偏置电压，第四偏置电压为图1中的Vc_M67，电阻R6的另一端同时连接电容C6的一端和晶体管M6的栅极，电容C6的另一端连接第二正向正交信号输入口，晶体管M6的源极接地，晶体管M6的漏极连接第二正向正交优化信号输出端口，电阻R7的一端连接与第三偏置电压极性相反的第四偏置电压，电阻R7的另一端同时连接电容C7的一端和晶体管M7的栅极，电容C7的另一端连接第二负向正交信号输入口，晶体管M7的源极接地，晶体管M7的漏极连接第二负向正交优化信号输出端口。
在本发明的一个可选实施例中，本发明还包括第一位电流单元和第二位电流单元。
第一尾电流单元用于根据第五偏置电压控制第一正向正交放大信号和第一负向正交放大信号的放大倍数。
如图1所示，第一尾电流单元包括电阻R9和晶体管M9；电阻R9的一端连接第五偏置电压，电阻R9的另一端连接晶体管M9的栅极，晶体管M9的源极接地，晶体管M9的漏极同时连接晶体管M1、M2、M3和M4的源极。
第二尾电流单元用于根据第六偏置电压控制第二正向正交放大信号和第二负向正交放大信号的放大倍数。
如图1所示，第二尾电流单元包括电阻R10和晶体管M10；电阻R10的一端连接第六偏置电压，电阻R10的另一端连接晶体管M10的栅极，晶体管M10的源极接地，晶体管M10的漏极同时连接晶体管M5、M6、M7和M8的源极。
本发明对通用可变增益放大器的线性度进行仿真，得到线性度的波动为3.2dBm。
本发明对优化有源移相器线性度波动的可变增益放大器线性度进行仿真，线性度的波动为1.6dBm。本发明若继续增加第一正交信号优化单元和第二正交信号优化单元的偏置电压，选取合适的直流工作点，线性度优化能力将进一步增强。根据上述仿真结果，可知本发明提供的一种优化有源移相器线性度波动的可变增益放大器能够有效改善不同移相状态下的线性度差异过大的问题。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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 (7)
1.一种优化有源移相器线性度波动的可变增益放大器，其特征在于，包括正交信号放大单元和正交信号优化单元；
正交信号放大单元用于接收两路正交信号，对两路正交信号进行放大以产生放大信号；
正交信号优化单元用于在两路正交信号放大过程中叠加极性相反的放大信号，产生优化后的放大信号并将其输出至有源移相器后级电路，以优化有源移相器线性度波动。
2.根据权利要求1所述的一种优化有源移相器线性度波动的可变增益放大器，其特征在于，正交信号放大单元包括第一正交信号放大单元和第二正交信号放大单元；
第一正交信号放大单元用于根据第一偏置电压产生第一正向正交放大信号和第一负向正交放大信号；
第二正交信号放大单元用于根据第三偏置电压产生第二正向正交放大信号和第二负向正交放大信号。
3.根据权利要求2所述的一种优化有源移相器线性度波动的可变增益放大器，其特征在于，第一正交信号放大单元包括电阻R1、晶体管M1、电容C1、电阻R4、晶体管M4和电容C4；电阻R1的一端连接第一偏置电压，电阻R1的另一端同时连接电容C1的一端和晶体管M1的栅极，电容C1的另一端连接第一正向正交信号输入口，晶体管M1的源极接地，晶体管M1的漏极连接第一正向正交优化信号输出端口，电阻R4的一端连接第一偏置电压，电阻R4的另一端同时连接电容C4的一端和晶体管M4的栅极，电容C4的另一端连接第一负向正交信号输入口，晶体管M4的源极接地，晶体管M4的漏极连接第一负向正交优化信号输出端口。
4.根据权利要求2所述的一种优化有源移相器线性度波动的可变增益放大器，其特征在于，第二正交信号放大单元包括电阻R5、晶体管M5、电容C5、电阻R8、晶体管M8和电容C8；电阻R5的一端连接第三偏置电压，电阻R5的另一端同时连接电容C5的一端和晶体管M5的栅极，电容C5的另一端连接第二正向正交信号输入口，晶体管M5的源极接地，晶体管M5的漏极连接第二正向正交优化信号输出端口，电阻R8的一端连接第三偏置电压，电阻R8的另一端同时连接电容C8的一端和晶体管M8的栅极，电容C8的另一端连接第二负向正交信号输入口，晶体管M8的源极接地，晶体管M8的漏极连接第二负向正交优化信号输出端口。
5.根据权利要求1所述的一种优化有源移相器线性度波动的可变增益放大器，其特征在于，正交信号优化单元包括第一正交信号优化单元和第二正交信号优化单元；
第一正交信号优化单元用于根据与第一偏置电压极性相反的第二偏置电压产生第一正向正交叠加信号和第一负向正交叠加信号，利用第一正向正交叠加信号与第一正向正交放大信号进行矢量相加以产生第一正向正交优化信号，利用第一负向正交叠加信号与第一负向正交放大信号进行矢量相加以产生第一负向正交优化信号；
第二正交信号优化单元用于根据与第三偏置电压极性相反的第四偏置电压产生第二正向正交叠加信号和第二负向正交叠加信号，利用第二正向正交叠加信号与第二正向正交放大信号进行矢量相加以产生第二正向正交优化信号，利用第二负向正交叠加信号与第二负向正交放大信号进行矢量相加以产生第二负向正交优化信号。
6.根据权利要求5所述的一种优化有源移相器线性度波动的可变增益放大器，其特征在于，第一正交信号优化单元包括电阻R2、晶体管M2、电容C2、电阻R3、晶体管M3和电容C3；电阻R2的一端连接与第一偏置电压极性相反的第二偏置电压，电阻R2的另一端同时连接电容C2的一端和晶体管M2的栅极，电容C2的另一端连接第一正向正交信号输入口，晶体管M2的源极接地，晶体管M2的漏极连接第一负向正交优化信号输出端口，电阻R3的一端连接与第一偏置电压极性相反的第二偏置电压，电阻R3的另一端同时连接电容C3的一端和晶体管M3的栅极，电容C3的另一端连接第一负向正交信号输入口，晶体管M3的源极接地，晶体管M3的漏极连接第一正向正交优化信号输出端口。
7.根据权利要求5所述的一种优化有源移相器线性度波动的可变增益放大器，其特征在于，第二正交信号优化单元包括电阻R6、晶体管M6、电容C6、电阻R7、晶体管M7和电容C7；电阻R6的一端连接与第三偏置电压极性相反的第四偏置电压，电阻R6的另一端同时连接电容C6的一端和晶体管M6的栅极，电容C6的另一端连接第二正向正交信号输入口，晶体管M6的源极接地，晶体管M6的漏极连接第二正向正交优化信号输出端口，电阻R7的一端连接与第三偏置电压极性相反的第四偏置电压，电阻R7的另一端同时连接电容C7的一端和晶体管M7的栅极，电容C7的另一端连接第二负向正交信号输入口，晶体管M7的源极接地，晶体管M7的漏极连接第二负向正交优化信号输出端口。
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2024
- 2024-03-11 CN CN202410272796.XA patent/CN117879517A/zh active Pending
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