CN203645630U - 前馈功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种前馈功率放大器，包括预失真环和对消环，射频输入信号经过预失真环的预失真及对消环的交调对消后输出。其中，预失真环包括E-DOHERTY功率放大器。对消环耦合E-DOHERTY功率放大器放大后的预失真信号，并功分为两路信号，一路提供给预失真环进行预失真后输出反馈给E-DOHERTY功率放大器，另一路与该对消环所耦合的射频输入信号进行载波对消以获得射频耦合信号在传输过程中所产生的交调信号以将该交调信号与E-DOHERTY功率放大器放大后的预失真信号进行合路以获得放大后且消除了交调信号后的射频输入信号。通过上述方式，本实用新型的前馈功率放大器能够实现高线性、高效率的性能要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通信技术领域，特别涉及一种前馈功率放大器。
背景技术
近年来，随着3G、4G无线移动通信网络的建设和2G网络的不断优化、提升，及通信行业“节能减排”绿色环保的发展趋势，导致对通信技术提出高线性、多载波及高效率的要求。目前，成熟应用于无线通信的技术有射频预失真技术、数字预失真（DigitalPre-DistortiON，DPD）技术和前馈技术。三种技术都能对原有功放***的初始线性进行优化，具体为射频预失真技术普遍能优化线性15-20dB左右，DPD技术和前馈技术都能优化线性30-35dB以上。
如前馈技术，前馈技术是在主功放通路输出线性的基础上进行线性优化。如图1所示，图1是现有技术前馈功率放大器的架构框图，它分为两个环路：载波对消环（环路1）和交调对消环（环路2），包括：第一增益/幅度调节器101、预推动器102、平衡式AB类放大器103、第一隔离器104、延时滤波器105、第二隔离器106、延时线107、合路器108、第二增益/幅度调节器109、推动级放大器110及误差路放大器111。未失真的耦合信号经延迟后与平衡式AB类放大器103放大的信号经过适当的衰减耦合后在0°～180°合路器108中比较，如果平衡式AB类放大器103无增益和相位失真，合路器108产生零输出；若平衡式AB类放大器103有任何增益和相位失真、压缩或AM-PM效应，合路器108输出端就会有小的RF误差信号，然后将误差信号输入到误差 路放大器111进行适当放大。主信号经过误差路放大器111的时延补偿后与误差路放大器111的输出合成校准后输出。必须强调，相位与振幅的校准—加或减，全都在RF下进行，而不是在视频或基带进行，即校准在最终带宽内进行。最终带宽由***各种元件的相位、振幅的跟踪特性决定。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种前馈功率放大器，能够使前馈功率放大器实现高线性、高效率的性能要求。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种前馈功率放大器，包括预失真环和对消环，射频输入信号经过预失真环的预失真及对消环的交调对消后输出；预失真环包括E-DOHERTY功率放大器；对消环耦合E-DOHERTY功率放大器放大后的预失真信号，并功分为两路信号，一路提供给预失真环进行预失真后输出反馈给E-DOHERTY功率放大器，另一路与该对消环所耦合的射频输入信号进行载波对消以获得射频耦合信号在传输过程中所产生的交调信号以将该交调信号与E-DOHERTY功率放大器放大后的预失真信号进行合路以获得放大后且消除了交调信号后的射频输入信号。
其中，预失真环包括对应信号输入、输出端的两个耦合器，对射频输入信号和对消环功分的一路预失真信号校正的模拟预失真器件，及使射频输入信号延时的延时单元，用于实现校正后的预失真信号与射频输入信号合路，合路后的信号由对应信号输出端的耦合器输出；其中，预失真环对应信号输入端的耦合器分别将其耦合的射频输入信号传输至延时单元、模拟预失真器件，同时对消环功分的一路预失真信号也传输至模拟预失真器件，进行预失真校正。
其中，预失真环包括推动级放大器，预失真环输出的预失真信号为合路的 校正后的预失真信号与射频输入信号，预失真环输出的信号依次经过推动级放大、E-DOHERTY功率放大器，进行信号的放大。
其中，E-DOHERTY功率放大器为非平衡类功率放大器，用于在高峰均比信号条件下提高前馈功率放大器的效率。
其中，E-DOHERTY功率放大器串接有第一隔离器，用于提高前馈功率放大器的线性对消能力。
其中，前馈功率放大器还包括射频信号输入端口和射频信号输出端口，及依次串接于射频信号输入端口和射频信号输出端口之间的第一幅度/相位调节单元、延时滤波器、第二隔离器；其中，第一幅度/相位调节单元串接于射频信号输入端口与预失真环之间，用于射频输入信号的微调；第二隔离器直接串接于射频输出端口，用于隔离前馈功率放大器外的回波；延时滤波器串接于第一隔离器与第二隔离器之间。
其中，对消环包括依次电连接的第一耦合器、功分器、第一合路器、延时线和第二耦合器，第一耦合器耦合的信号利用功分器分别进入预失真环的模拟预失真器件和第一合路器，经过第一合路器的信号与经过第二耦合器、延时线的信号对消，以实现载波对消；其中，第一耦合器串接于第一隔离器与延时滤波器之间，用于耦合E-DOHERTY功率放大器放大后的预失真信号；第二耦合器串接于射频信号输入端口与第一幅度/相位调节单元之间，用于耦合射频输入端口输入的射频输入信号。
其中，对消环包括依次电连接的第二幅度/相位调节单元、误差路放大器和第二合路器，其中，第二幅度/相位调节单元连接于第一合路器，第二合路器串接于延时滤波器与第二隔离器之间，用于将载波对消剩余的交调信号与E-DOHERTY功率放大器放大后的预失真信号合路，进行交调对消。
本实用新型有益效果如下：区别于现有技术，本实用新型的前馈功率放大器结合预失真技术和E-DOHERTY技术，即在前馈***中增加一个预失真环，对主信号进行预失真校正，同时，利用E-DOHERTY功率放大器取代现有技术前馈***中的平衡AB类功率放大器。通过上述方式，本实用新型的前馈功率放大器能够实现高线性、高效率的性能要求。
附图说明
图1是现有技术前馈功率放大器的架构框图；
图2是本实用新型前馈功率放大器一实施例的架构框图；
图3是图2所示实施例中预失真环的工作架构图；
图4是不同种类DOHERTY电路的效率对比图。
上述图1中：101-第一增益/幅度调节器；102-预推动器；103-平衡式AB类放大器；104-第一隔离器；105-延时滤波器；106-第二隔离器；107-延时线；108-合路器；109-第二增益/幅度调节器；110-推动级放大器；111-误差路放大器。
上述图2、图3中：10-预失真环；20-对消环；30-第一隔离器；40-第一幅度/相位调节单元；50-延时滤波器；60-第二隔离器；10A-输入耦合器、延时单元、输出耦合器、模拟预失真器件；11-E-DOHERTY功率放大器；12-输入耦合器；13-延时单元；14-输出耦合器；15-模拟预失真器件；16-推动级放大器；21-第一耦合器；22-功分器；23-第一合路器；24-延时线；25-第二耦合器；26-第二幅度/相位调节单元；27-误差路放大器；28-第二合路器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。
本实用新型的技术原理为，在现有前馈功率放大器的前馈***中增加一个预失真环，该环路主要用于将主功放通路的线性先进行一次校正，从而相对提高链路的初始线性，然后结合前馈***的对消能力，实现***对消、线性对消的叠加，通常可使前馈***线性优化45-55dB以上。同时，利用高效率的E-DOHERTY技术，相比普通的功率回退式设计，效率绝对值可提高15-20%。
上述技术优缺互补，以实现前馈***高线性、高效率及宽带的性能要求。如：E-DOHERTY技术初始线性较差，相对功率回退式设计，其线性差10dB以上，但和预失真技术、前馈技术两种线性优化技术相结合，可产生很好的效果。
请参阅图2，图2是本实用新型前馈功率放大器一实施例的架构框图，如图2所示，前馈功率放大器包括：预失真环10和对消环20。
其中，射频输入信号经过预失真环10的预失真及对消环20的交调对消后输出。
在本实施例中，预失真环10包括E-DOHERTY功率放大器11。
对消环20耦合E-DOHERTY功率放大器11放大后的预失真信号，并功分为两路信号，一路提供给预失真环10进行预失真后输出反馈给E-DOHERTY功率放大器11，另一路与该对消环10所耦合的射频输入信号进行载波对消以获得射频耦合信号在传输过程中所产生的交调信号以将该交调信号与E-DOHERTY功率放大器11放大后的预失真信号进行合路以获得放大后且消除了交调信号后的射频输入信号。
具体地，请参阅图3，图3是图2所示实施例中预失真环的工作架构图。预失真环10包括对应信号输入、输出端的两个耦合器输入耦合器12、输出耦 合器14。对射频输入信号和对消环20功分的一路预失真信号校正的模拟预失真器件15。及使射频输入信号延时的延时单元13，用于实现校正后的预失真信号与射频输入信号合路，合路后的信号由对应信号输出端的输出耦合器14输出。其中，预失真环10对应信号输入端的耦合器12分别将其耦合的射频输入信号传输至延时单元13、模拟预失真器件15，同时对消环20功分的一路预失真信号也传输至模拟预失真器件15，进行预失真校正。
其中，预失真环10输出的预失真信号为合路的校正后的预失真信号与射频输入信号。
进一步地，预失真环10还包括推动级放大器16，其输出的信号依次经过推动级放大器16、E-DOHERTY功率放大器11，进行信号的放大。其中，E-DOHERTY功率放大器11为非平衡类功率放大器，用于在高峰均比信号条件下提高前馈功率放大器的效率。
在本实施例中，E-DOHERTY功率放大器11串接有第一隔离器30，用于提高前馈功率放大器的线性对消能力。
在本实施例中，前馈功率放大器还包括：射频信号输入端口（图未标）和射频信号输出端口（图未标），及依次串接于射频信号输入端口和射频信号输出端口之间的第一幅度/相位调节单元40、延时滤波器50、第二隔离器60。
其中，第一幅度/相位调节单元40串接于射频信号输入端口与预失真环10之间，用于射频输入信号的微调；第二隔离器60直接串接于与射频输出端口，用于隔离前馈功率放大器外的回波；延时滤波器50串接于第一隔离器30与第二隔离器60之间。
在本实施例中，对消环20包括依次电连接的第一耦合器21、功分器22、第一合路器23、延时线24和第二耦合器25。其中，第一耦合器21耦合的信号 利用功分器22分别进入预失真环10的模拟预失真器件15和第一合路器23，经过第一合路器23的信号与经过第二耦合器25、延时线24的信号对消，以实现载波对消。
其中，第一耦合器21串接于第一隔离器30与延时滤波器50之间，用于耦合E-DOHERTY功率放大器11放大后的预失真信号；第二耦合器25串接于射频信号输入端口与第一幅度/相位调节单元40之间，用于耦合射频输入端口输入的射频输入信号。
在本实施例中，对消环20包括依次电连接的第二幅度/相位调节单元26、误差路放大器27和第二合路器28，其中，第二幅度/相位调节单元26连接于第一合路器23，第二合路器28串接于延时滤波器50与第二隔离器60之间，用于将载波对消剩余的交调信号与E-DOHERTY功率放大器11放大后的预失真信号合路，进行交调对消。
下面详细介绍本实用新型前馈功率放大器的工作方式。
由射频输入端口输入的射频信号经过第一幅度/相位调节单元40进入预失真环10进行预失真校正。具体为，输入耦合器12将输入射频信号耦合到模拟预失真器件15（预失真器SC1894），同时模拟预失真器件15还可结合对消环20第一耦合器21获取的射频信号，处理后产生预失真信号输出。预失真信号经过输出耦合器14并与经过延时单元13传输至输出耦合器14的输入射频信号合路后，进入推动级放大16，然后进入高效率的末级大功率放大器E-DOHERTY11，最后经过第一隔离器30进入第一耦合器21。
预失真环10预失真后的信号经过第一耦合器21耦合进入功分器22。其中，部分信号进入预失真环10，实现信号的预失真校正；另一部分信号进入第一合路器23，与经过第二耦合器25、延时线24的信号进行对消，实现载波对消， 剩余交调信号。
剩余的交调信号经过第二幅度/相位调节单元26，进入误差路放大器27，误差路放大器27对剩余交调信号进行无失真的适当放大，然后进入第二合路器28，与经过预失真环10输出的信号进行剩余交调信号的对消，以实现线性的进一步优化。优化后的信号经过第二隔离器60输出，其中，第二隔离器60起到隔离射频输出端的作用，可避免外界回波不稳定对***产生影响。
其中，第一隔离器30主要是从前馈设计角度增加的一个装置，原因为E-DOHERTY电路的输出回波S22很差（一般高于-10dB），在与射频输出端的延时滤波器50连接时，其较差的回波会导致前馈***的增益、相位波动变大，而影响前馈***的线性对消能力，利用第一隔离器30可提高前馈***的线性对消能力。
在本实施例中，利用E-DOHERTY技术的原因请参阅图4，图4是不同种类DOHERTY电路的效率对比图，一般的DOHERTY技术采用功率比1:1的设计方式，其效率在峰值功率回退6dB时最高，但由于当前高下载速率的要求，导致信号的峰均比普遍较高，如8-10Db，使功率比1:1的设计无法实现其额定均值功率条件下效率的最大化。因此，本实用新型利用E-DOHERTY的设计方式，即通过非平衡类（功率比非1:1）的DOHERTY技术，实现针对高峰均比（PAR＞7dB）信号条件下前馈***效率的提升。
综上所述，本实用新型的前馈功率放大器将预失真技术与前馈技术相结合，以实现线性优化能力的叠加。同时，本实用新型的前馈功率放大器还结合E-DOHERTY技术，以实现前馈功率放大器效率的提升。通过上述三种技术的优缺互补，本实用新型的前馈功率放大器其线性可达到WCDMA单载波信号（峰均比为8dB）-70dB以上和4CW信号-80dB以上，工作效率可达到32%以 上，实现高线性、多载波及高效率等性能，在功放设计中，具有良好的应用前景。
本实用新型前馈功率放大器的工作效率相比普通平衡式AB类前馈功率放大器可以提高120%（线性优化5dB以上），相比一般的平衡式DOHERTY架构前馈功率放大器可以提高30%以上（线性优化10dB以上）。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种前馈功率放大器，其特征在于，包括预失真环和对消环，射频输入信号经过所述预失真环的预失真及对消环的交调对消后输出；
所述预失真环包括E-DOHERTY功率放大器；
所述对消环耦合E-DOHERTY功率放大器放大后的预失真信号，并功分为两路信号，一路提供给预失真环进行预失真后输出反馈给所述E-DOHERTY功率放大器，另一路与该对消环所耦合的所述射频输入信号进行载波对消以获得所述射频耦合信号在传输过程中所产生的交调信号以将该交调信号与所述E-DOHERTY功率放大器放大后的预失真信号进行合路以获得放大后且消除了所述交调信号后的射频输入信号。
2.根据权利要求1所述的前馈功率放大器，其特征在于，所述预失真环包括对应信号输入、输出端的两个耦合器，对所述射频输入信号和所述对消环功分的一路预失真信号校正的模拟预失真器件，及使所述射频输入信号延时的延时单元，用于实现校正后的预失真信号与所述射频输入信号合路，合路后的信号由对应信号输出端的耦合器输出；
其中，所述预失真环对应信号输入端的耦合器分别将其耦合的射频输入信号传输至所述延时单元、模拟预失真器件，同时所述对消环功分的一路预失真信号也传输至所述模拟预失真器件，进行预失真校正。
3.根据权利要求2所述的前馈功率放大器，其特征在于，所述预失真环包括推动级放大器，所述预失真环输出的预失真信号为合路的所述校正后的预失真信号与射频输入信号，所述预失真环输出的信号依次经过推动级放大、E-DOHERTY功率放大器，进行信号的放大。
4.根据权利要求3所述的前馈功率放大器，其特征在于，所述E-DOHERTY功率放大器为非平衡类功率放大器，用于在高峰均比信号条件下提高所述前馈功率放大器的效率。
5.根据权利要求4所述的前馈功率放大器，其特征在于，所述E-DOHERTY功率放大器串接有第一隔离器，用于提高所述前馈功率放大器的线性对消能力。
6.根据权利要求5所述的前馈功率放大器，其特征在于，所述前馈功率放大器还包括射频信号输入端口和射频信号输出端口，及依次串接于射频信号输入端口和射频信号输出端口之间的第一幅度/相位调节单元、延时滤波器、第二隔离器；
其中，所述第一幅度/相位调节单元串接于所述射频信号输入端口与预失真环之间，用于射频输入信号的微调；
所述第二隔离器直接串接于所述射频输出端口，用于隔离所述前馈功率放大器外的回波；
所述延时滤波器串接于所述第一隔离器与所述第二隔离器之间。
7.根据权利要求6所述的前馈功率放大器，其特征在于，所述对消环包括依次电连接的第一耦合器、功分器、第一合路器、延时线和第二耦合器，所述第一耦合器耦合的信号利用功分器分别进入所述预失真环的模拟预失真器件和第一合路器，经过所述第一合路器的信号与经过第二耦合器、延时线的信号对消，以实现载波对消；
其中，所述第一耦合器串接于所述第一隔离器与延时滤波器之间，用于耦合E-DOHERTY功率放大器放大后的预失真信号；
所述第二耦合器串接于所述射频信号输入端口与第一幅度/相位调节单元之间，用于耦合所述射频输入端口输入的射频输入信号。
8.根据权利要求7所述的前馈功率放大器，其特征在于，所述对消环包括依次电连接的第二幅度/相位调节单元、误差路放大器和第二合路器，其中，第二幅度/相位调节单元连接于所述第一合路器，所述第二合路器串接于所述延时滤波器与第二隔离器之间，用于将所述载波对消剩余的交调信号与所述E-DOHERTY功率放大器放大后的预失真信号合路，进行交调对消。
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Address after: 510663 Shenzhou Road 10, Science City, Guangdong, Guangzhou Patentee after: Jingxin Network System Co.,Ltd. Address before: 510663 Shenzhou Road 10, Science City, Guangdong, Guangzhou Patentee before: COMBA TELECOM SYSTEMS (CHINA) Ltd. |
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Granted publication date: 20140611 |