本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種提高線性度的并行結(jié)構(gòu)功率放大器。

背景技術(shù)：

射頻功率放大器是無線通信系統(tǒng)的核心器件，一般位于發(fā)射鏈路末端，即發(fā)射天線的前級電路?？紤]到無線傳輸會有較大鏈路衰減，無線通信過程中需要發(fā)射端發(fā)射的無線信號具有足夠大的能量，才能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線通信。因此，功率放大器的作用就是把發(fā)射信號的功率放大到足夠大，并饋送到天線上輻射出去。功率放大器的輸出功率指標(biāo)對整個(gè)無線發(fā)射機(jī)的性能產(chǎn)生重要的影響。此外，為了避免產(chǎn)生帶外雜散和帶內(nèi)失真，功率放大器的線性度也是設(shè)計(jì)過程中關(guān)注的重要指標(biāo)。因此，提高功率放大器的功率和線性度已經(jīng)成為如今無線通信領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。

平衡式功率放大器是實(shí)際工程中廣泛使用的提高功率放大器輸出功率的技術(shù)。該技術(shù)將多個(gè)相同的功率放大器的輸出通過合路器進(jìn)行功率合成，從而增加輸出功率。傳統(tǒng)的兩路平衡式功率放大器如圖1所示，包括對稱功率分配器、上路放大器，下路放大器和對稱合路器，其基本原理為：輸入功率由對稱功率分配器等分為上路信號和下路信號，上路信號和下路信號分別由偏置狀態(tài)相同的上路放大器和下路放大器放大后，以相同相位輸出至對稱合路器進(jìn)行疊加，從而產(chǎn)生功率提高的效果。

然而，發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，對于傳統(tǒng)平衡式功率放大器，上路放大器和下路放大器偏置狀態(tài)相同，使得平衡式放大器的增益特性與單個(gè)上路或者下路放大器相同，同樣存在增益壓縮的現(xiàn)象，使得線性度較差。平衡式功率放大器在提高輸出功率的同時(shí)，并未對功率放大器的增益平坦度和線性度產(chǎn)生改善。因此，如何增強(qiáng)平衡式功率放大器的線性度對于提高無線通信系統(tǒng)性能，具有十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種提高線性度的并行結(jié)構(gòu)功率放大器，以提高功率放大器的線性度。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明并行結(jié)構(gòu)功率放大器在將上路信號和下路信號合路以提高放大器輸出功率的同時(shí)，通過調(diào)整上路信號和下路信號的相位和幅度特性，抵消合路以后信號中的非線性特性，從而提高功率放大器的線性度，具體技術(shù)方案如下：

一種提高線性度的并行結(jié)構(gòu)功率放大器，包括不等分功率分配器(10)、上路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)(20)、上路放大單元(30)、下路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)(40)、下路放大單元(50)和不等分合路器(60)；其特征在于：輸入信號連接所述不等分功率分配器(10)的輸入端，不等分功率分配器(10)的上路輸出端順序連接所述上路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)(20)和上路放大單元(30)的輸入端，不等分功率分配器(10)的下路輸出端順序連接所述下路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)(40)和所述下路放大單元(50)的輸入端，上路放大單元(30)和所述下路放大單元(50)的輸出端分別連接所述不等分合路器(60)的上路和下路輸入端；所述上路放大單元(30)包括上路放大器(301)和上路偏置狀態(tài)控制器(302)，所述下路放大單元(50)包括下路放大器(501)和下路偏置狀態(tài)控制器(502)，所述上路偏置狀態(tài)控制器(302)與所述上路放大器(301)電源端相連，所述上路偏置狀態(tài)控制器(502)與所述上路放大器(501)電源端相連。

所述不等分功率分配器(10)將較大功率的上路信號輸出至上路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)(20)，將較小功率的下路信號輸出至下路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)(40)。

所述上路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)(20)包括上路50歐姆微帶傳輸線(201)、上路第一并聯(lián)變?nèi)莨?202)和上路第二并聯(lián)變?nèi)莨?203)；所述上路第一并聯(lián)變?nèi)莨?202)與所述上路50歐姆微帶傳輸線(201)的輸入端并聯(lián)，所述上路第二并聯(lián)變?nèi)莨?203)與所述上路50歐姆微帶傳輸線(201)的輸出端并聯(lián)。

所述下路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)(40)包括下路50歐姆微帶傳輸線(401)、下路第一并聯(lián)變?nèi)莨?402)和下路第二并聯(lián)變?nèi)莨?403)；所述下路第一并聯(lián)變?nèi)莨?402)與所述下路50歐姆微帶傳輸線(401)的輸入端并聯(lián)，所述下路第二并聯(lián)變?nèi)莨?403)與所述下路50歐姆微帶傳輸線(401)的輸出端并聯(lián)。

所述上路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)(20)和下路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)(40)用于調(diào)整上路信號和下路信號的相位，使兩者在合路器(60)的上路輸入端和下路輸入端保持同相位。

所述上路偏置狀態(tài)控制器(302)用于控制上路放大器(301)處于a類偏置狀態(tài)，所述下路偏置狀態(tài)控制器(502)用于控制下路放大器(501)處于b類偏置狀態(tài)，通過調(diào)整偏置狀態(tài)，使上路和下路信號中的非線性特性在合路器(60)的輸出端抵消。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果。

(1)提高了線性度。對于傳統(tǒng)平衡式功率放大器，上路放大器和下路放大器偏置狀態(tài)相同，使得平衡式放大器的增益變化特性與單個(gè)上路或者下路放大器相同。上路或者下路放大器的增益壓縮特性使得放大器線性度顯著降低。本發(fā)明采用了可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)和偏置狀態(tài)控制器，可以對上路信號和下路信號的相位和幅度特性進(jìn)行調(diào)整，從而抵消合路以后信號中的非線性特性，提高功率放大器的線性度。

(2)提高了輸出功率。傳統(tǒng)平衡式功率放大器中，上路和下路放大器中信號的相移是固定的，理論上在合路器實(shí)現(xiàn)上路和下路信號的同相疊加，從而實(shí)現(xiàn)最大功率輸出。但是，實(shí)際應(yīng)用中，由于功放管的差異和加工的誤差，上路和下路信號的相位存在一定的偏差，無法實(shí)現(xiàn)理想的同相疊加，影響了輸出功率。本發(fā)明在上路和下路中均使用了可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)，可以根據(jù)上路和下路信號的實(shí)際相移來進(jìn)行調(diào)整，使得兩路信號在合路器中實(shí)現(xiàn)真正的同相疊加，從而有效地提高了輸出功率。

(3)實(shí)現(xiàn)簡單、成本低。相比其他使用復(fù)雜電路來改善功率放大器線性度及三階互調(diào)失真的技術(shù)，本發(fā)明無需額外器件，僅通過偏置電壓及相位的調(diào)整就可以提高并行結(jié)構(gòu)功率放大器的線性度，降低了功率放大器的成本，提高了功率放大器的產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1傳統(tǒng)的平衡式功率放大器的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2本發(fā)明的提高線性度的并行結(jié)構(gòu)功率放大器的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3本發(fā)明實(shí)施例中不同偏置狀態(tài)下的功放管增益隨輸出功率變化的示意圖

圖4本發(fā)明實(shí)施例中上路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖5本發(fā)明實(shí)施例中下路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖6本發(fā)明實(shí)施例的并行結(jié)構(gòu)功率放大器增益與輸出功率的關(guān)系圖。

圖7本發(fā)明實(shí)施例的并行結(jié)構(gòu)功率放大器三階互調(diào)失真與輸出功率的關(guān)系圖。

圖中：不等分功率分配器10、上路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)20、上路50歐姆微帶傳輸線201、上路第一并聯(lián)變?nèi)莨?02、上路第二并聯(lián)變?nèi)莨?03、上路放大單元30、上路放大器301、上路偏置狀態(tài)控制器302、下路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)40、下路50歐姆微帶傳輸線401、下路第一并聯(lián)變?nèi)莨?02、下路第二并聯(lián)變?nèi)莨?03、下路放大單元50、下路放大器501、下路偏置狀態(tài)控制器502和不等分合路器60。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1所示為傳統(tǒng)的平衡式功率放大器的結(jié)構(gòu)框圖。輸入功率由對稱功率分配器等分為上路信號和下路信號，上路信號和下路信號分別由偏置狀態(tài)相同的上路放大器和下路放大器放大后，以相同相位輸出至對稱合路器進(jìn)行疊加。但是，對于傳統(tǒng)平衡式功率放大器，上路放大器和下路放大器偏置狀態(tài)相同，使得平衡式放大器的增益特性與單個(gè)上路或者下路放大器相同，同樣存在增益壓縮的現(xiàn)象，使得線性度較差。

圖2所示為本發(fā)明的一種提高線性度的并行結(jié)構(gòu)功率放大器，包括不等分功率分配器10、上路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)20、上路放大單元30、下路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)40、下路放大單元50和不等分合路器60。其特征在于，所述上路放大單元30包括上路放大器301和上路偏置狀態(tài)控制器302。所述下路放大單元50包括下路放大器501和下路偏置狀態(tài)控制器502。

在上述的并行結(jié)構(gòu)功率放大器中，不等分功率分配器10將功率放大器的輸入信號不等分地分配為兩路信號，即上路信號和下路信號。上路信號的功率大于下路信號的功率。上路信號通過上路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)20調(diào)整相位后輸出至上路放大器301，經(jīng)過上路放大器301放大后輸出至不等分合路器60的上路輸入端。下路信號通過下路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)40調(diào)整相位后輸出至下路放大器501，經(jīng)過放大后輸出至不等分合路器60的下路輸入端。

在上述的并行結(jié)構(gòu)功率放大器中，上路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)20包括上路50歐姆微帶傳輸線201、上路第一并聯(lián)變?nèi)莨?02和上路第二并聯(lián)變?nèi)莨?03。通過調(diào)整變?nèi)莨?02和變?nèi)莨?03的電容值，實(shí)現(xiàn)對上路信號相移的調(diào)整。

在上述的并行結(jié)構(gòu)功率放大器中，下路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)40包括上路50歐姆微帶傳輸線401、下路第一并聯(lián)變?nèi)莨?02和下路第二并聯(lián)變?nèi)莨?03。通過調(diào)整變?nèi)莨?02和變?nèi)莨?03的電容值，實(shí)現(xiàn)對下路信號相移的調(diào)整。

在上述的并行結(jié)構(gòu)功率放大器中，通過上路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)20和下路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)40調(diào)整上路信號和下路信號的相位，使兩路信號在不等分合路器60的上路和下路輸入端實(shí)現(xiàn)同相。

在上述的并行結(jié)構(gòu)功率放大器中，通過上路偏置狀態(tài)控制器302控制上路放大器301處于a類偏置狀態(tài)，通過下路偏置狀態(tài)控制器502控制下路放大器501處于b類偏置狀態(tài)。通過調(diào)整偏置狀態(tài)，使上路和下路信號中的非線性特性在合路器60的輸出端抵消，從而提高功率放大器的線性度。

本發(fā)明的工作原理是：通過不等分功率分配器10將較大功率的上路信號輸出至上路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)20，將較小功率的下路信號輸出至下路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)40，通過相移的調(diào)整，使兩路信號在不等分合路器60的上路和下路輸入端同相疊加，提高總體輸出功率。通過上路偏置狀態(tài)控制器302和下路偏置狀態(tài)控制器502分別控制上路放大器301和下路放大器501的偏置狀態(tài)，產(chǎn)生不同的增益特性，使得上路和下路信號中的非線性特性相互抵消，從而提高并行結(jié)構(gòu)功率放大器整體的線性度。

下面例舉一個(gè)實(shí)施例。

本實(shí)施例中的并行結(jié)構(gòu)功率放大器工作頻率為1635mhz，上路放大器301和下路放大器501的功放管均采用cree的hemt功放管cgh40010。主路放大器301偏置在a類，下路放大器501偏置在b類。不等分功率分配器輸出的上路信號和下路信號的功率比為2:1。

圖3是不同偏置狀態(tài)下的功放管增益隨輸出功率變化的示意圖。從圖中可以看出，偏置在a類的上路放大器301的增益壓縮特性與偏置在b類的下路放大器501的增益特性趨勢相反。通過上路偏置狀態(tài)控制器302和下路偏置狀態(tài)控制器502分別控制調(diào)整上路放大器301和下路放大器501的偏置狀態(tài)，從而使得兩者增益特性相互補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)更為平坦的增益特性，改善并行結(jié)構(gòu)功率放大器的線性度。

由于功放管處于不同偏置時(shí)的相移會產(chǎn)生偏差，因此會影響上路和下路信號的相位，在不等分合路器60的輸入端無法實(shí)現(xiàn)兩路信號理想的同相疊加，從而影響放大器的輸出功率。圖4和圖5所示為本發(fā)明實(shí)施例中的上路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)20和下路可調(diào)相移網(wǎng)絡(luò)40。通過調(diào)整上路第一并聯(lián)變?nèi)莨?02、上路第二并聯(lián)變?nèi)莨?03、下路第一并聯(lián)變?nèi)莨?02和下路第二并聯(lián)變?nèi)莨?03，實(shí)現(xiàn)對上路和下路信號相移的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)兩路信號在不等分合路器60中的同相疊加，提高放大器輸出功率。

圖6是本實(shí)施例的提高線性度的并行結(jié)構(gòu)功率放大器的增益與輸出功率關(guān)系圖。其中，帶有空心方形的線條表示本實(shí)施例的并行結(jié)構(gòu)功率放大器的增益與輸出功率的關(guān)系線條，帶有實(shí)心方形的線條表示的傳統(tǒng)平衡式功率放大器的增益與輸出功率的關(guān)系線條。從圖中可以看出，本實(shí)施例的并行結(jié)構(gòu)功率放大器的增益特性比傳統(tǒng)平衡式功率放大器更為平坦。圖7是本實(shí)施例的提高線性度的并行結(jié)構(gòu)功率放大器的三階互調(diào)失真與輸出功率的關(guān)系圖。其中，帶有空心圓圈的線條表示本實(shí)施例的并行結(jié)構(gòu)功率放大器的三階互調(diào)失真與輸出功率的關(guān)系線條，帶有實(shí)心圓圈的線條表示的傳統(tǒng)平衡式功率放大器的三階互調(diào)失真與輸出功率的關(guān)系線條。從圖7可知，本實(shí)施例的并行結(jié)構(gòu)功率放大器的三階互調(diào)失真在整個(gè)輸出功率范圍內(nèi)均比傳統(tǒng)平衡式功率放大器低，最大改善程度在25dbc，本實(shí)施例的并行結(jié)構(gòu)功率放大器提高了功率回退時(shí)功率放大器的線性度。