射頻多載波互調抑制裝置製造方法
2023-10-17 22:31:44
射頻多載波互調抑制裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種射頻多載波互調抑制裝置，包括上變頻器、下變頻器、耦合器、傳輸線、阻抗變換單元、傳輸延遲單元、預失真單元、帶通濾波器、衰減器和功率放大器。調頻多載波輸入信號上變頻到高頻段後，通過在高頻段進行射頻預失真，再將預失真後的信號下變頻到原頻段通過功率放大和輸出帶通濾波器後由天線發射。該裝置使用方便，能夠顯著降低調頻多載波信號的互調失真，使得單一輸出功率放大器在功率不回退的情況下放大多路射頻信號得以實現，從而降低了系統體積和複雜度、節約了成本、降低了功耗，經濟環保，適合推廣使用。
【專利說明】射頻多載波互調抑制裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種射頻廣播發射系統，尤其涉及一種射頻多載波互調抑制裝置。
【背景技術】
[0002]隨著我國廣播事業的飛速發展，很多廣播電臺都在不斷地增設射頻電臺。高效利用鐵塔和天線，實現多頻道共塔廣播是有效增加電臺數目的一種必然選擇。然而，多頻道之間會互調失真，互調是由器件特別是放大器的非線性失真引起的。偶數階互調失真一般遠離中頻頻率而很容易被濾除，而奇數階互調失真中的一部分將緊靠在中頻附近無法濾除，其中尤以三階互調失真振幅最大，影響也最大，會導致信號頻帶擴展，造成臨道幹擾。如果有兩個信號，這個時候存在的非線性有互調和交調，如果有輸入信號的頻率為π和f2，那麼三階互調頻率為2fl - f2和2f2 - fl，當fl和f2很接近時，互調產物一般也落在信道內，高階互調產物一般遠離信道而很容易被濾除，但低階互調，特別是三階互調則緊挨信道，難以通過濾波器予以濾除，如何抑制互調失真以滿足發射信號的質量要求則是一個技術難點。目前業內多採用多臺發射機加射頻多工器的方式來實現，但是這種方式體積龐大，結構複雜，建設改造成本高。
【發明內容】
[0003]本發明的目的就在於提供一種解決上述問題，能夠使單一輸出功率放大器在功率不回退的情況下放大多路射頻信號，能夠有效抑制功率放大器的三階互調幹擾，從而有效地降低系統體積和複雜度，節約建設改造成本的射頻多載波互調抑制裝置。
[0004]為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是這樣的:一種射頻多載波互調抑制裝置，包括依次連接的輸入上變頻器、輸入帶通濾波器、輸入耦合器、傳輸延遲單元、輸出耦合器、輸出下變頻器、輸出帶通濾波器1、功率放大器、反饋耦合器、輸出帶通濾波器2，信號從輸入上變頻器輸入，從輸出帶通濾波器2輸出；
其中，所述輸入耦合器的輸出端為兩路，輸出耦合器的輸入端為兩路，傳輸延遲單元位於輸入親合器的一路輸出和輸出親合器的一路輸入間，輸入親合器和輸出親合器間還設有一預失真單元，所述預失真單元兩端通過阻抗變換器與輸入耦合器的另一路輸出和輸出耦合器的另一路輸入相連；
所述反饋耦合器的輸出端為兩路，一路連接輸出帶通濾波器2，另一路通過反饋上變頻器、反饋帶通濾波器、衰減器和阻抗變換器連接到預失真單元；
多載波信號經輸入上變頻器、輸入帶通濾波器變換到高頻域，由輸入耦合器分為兩路，一路經過傳輸延遲單元生成延遲信號，另一路經預失真單元生成一幅度為OdBm，相位為0°的初始預失真信號，初始預失真信號和延遲信號經輸出耦合器耦合為一路信號，由輸出下變頻器和帶通濾波器I變換回原頻域；
變換回原頻域的信號經功率放大器放大後，由反饋耦合器分為兩路，其中一路通過輸出帶通濾波器2濾除高低頻雜波後饋入天線發射；另一路經反饋上變頻器、反饋帶通濾波器變換到高頻域，再依次經過衰減器進行信號強弱調節、阻抗變換器進行鏈路阻抗變換匹配，最終饋入預失真單元；
所述預失真單元根據輸入耦合器輸入的信號和反饋回的信號，控制輸出預失真信號，使其與多載波信號經過功率放大器後的三階互調失真信號頻率相同，相位相反。
[0005]作為優選:所述預失真單元包括微處理器、與微處理器相連的射頻信號校正器和誤差量化器；誤差量化器比較輸入預失真單元的兩路信號，量化後發送給微處理器，由微處理器控制射頻信號校正器輸出與功率放大器三階互調的實際失真信號頻率相同，相位相反的預失真信號。
[0006]作為優選:預失真單元的工作流程為:
(1)定義經輸入耦合器輸入的信號為輸入信號、經衰減器輸入的信號為反饋信號，預設輸入信號和反饋信號的均方誤差門限值Er，預失真信號最大幅度A dBm ;
(2)控制射頻信號校正器生成幅度為OdBm，相位為0°的初始預失真信號，對輸入耦合器輸入的信號進行初步預失真；
(3)誤差量化器獲取輸入信號和反饋信號，計算其均方誤差Er』，送入微處理器中；
(4)微控制器讀取誤差量化器得出的均方誤差Er』，如果Er』小於等於預設門限值Er則完成預失真，否則控制射頻信號校正器依次生成相位以1°為步近，幅度以0.1dBm為步近逐步增加的預失真信號分別對輸入信號進行預失真，並讀取對應的均方誤差Er』與預設門限值Er做比較，過程中一旦發現Er』小於等於Er則完成預失真，否則直到預失真信號的相位達到360°，幅度達到預設最大幅度A dBm，再選出整個過程中使得均方誤差Er』最小時對應的預失真信號作為最終預失真信號。
[0007]與現有技術相比，本發明的優點在於:一、僅需要一臺射頻末級功放就可以放大多路射頻信號，系統複雜度大大降低；二、僅對輸入信號和微弱的反饋信號做處理，不需要體積龐大的大功率模塊，使得真箇系統的體積和成本大大降低，全自適應，能有效抑制射頻多載波互調。
[0008]本發明能夠有效避免器件因為非線性引起的失真，尤其是能消除器件三階互調引起的信號失真，導致信號頻帶擴展，造成臨道幹擾的問題。本發明中，多載波信號經過功率放大器會產生非線性失真，尤其是三階互調失真振幅最大，影響也最大，難以通過濾波器予以濾除，會導致信號頻帶擴展，造成臨道幹擾，本發明將調頻多載波輸入信號上變頻到高頻段後，通過在高頻段進行射頻預失真，再將預失真後的信號下變頻到低頻頻段通過功率放大和輸出帶通濾波器後由天線發射，其中預失真信號是根據功率放大器輸出的三階互調失真信號進行調整的，調整後的預失真信號與功率放大器的三階互調失真信號，儘量達到頻率相同，相位相反，兩信號相互抵消，從而達到互調抑制的效果。本發明使用方便，能夠顯著降低調頻多載波信號的互調失真，使得單一輸出功率放大器在功率不回退的情況下放大多路射頻信號得以實現，從而降低了系統體積和複雜度、節約了成本、降低了功耗，經濟環保，適合推廣使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明的原理框圖；
圖2為圖1中A點的頻譜圖； 圖3為圖1中B點的頻譜圖；
圖4為圖1中C點的頻譜圖；
圖5為圖1中D點的頻譜圖；
圖6為圖1中E點的頻譜圖；
圖7為圖1中F點的頻譜圖；
圖8為圖1中G點的頻譜圖；
圖9為圖1中H點的頻譜圖；
圖10為圖1中I點的頻譜圖；
圖11為預失真單元的信號處理流程圖。
【具體實施方式】
[0010]下面將結合附圖對本發明作進一步說明。
[0011]實施例1:參見圖1，一種射頻多載波互調抑制裝置，包括依次連接的輸入上變頻器、輸入帶通濾波器、輸入耦合器、傳輸延遲單元、輸出耦合器、輸出下變頻器、輸出帶通濾波器1、功率放大器、反饋耦合器、輸出帶通濾波器2，信號從輸入上變頻器輸入，從輸出帶通濾波器2輸出；
其中，所述輸入耦合器的輸出端為兩路，輸出耦合器的輸入端為兩路，傳輸延遲單元位於輸入親合器的一路輸出和輸出親合器的一路輸入間，輸入親合器和輸出親合器間還設有一預失真單元，所述預失真單元兩端通過阻抗變換器與輸入耦合器的另一路輸出和輸出耦合器的另一路輸入相連；
所述反饋耦合器的輸出端為兩路，一路連接輸出帶通濾波器2，另一路通過反饋上變頻器、反饋帶通濾波器、衰減器和阻抗變換器連接到預失真單元；
多載波信號經輸入上變頻器、輸入帶通濾波器變換到高頻域，由輸入耦合器分為兩路，一路經過傳輸延遲單元生成延遲信號，另一路經預失真單元生成一幅度為OdBm，相位為0°的初始預失真信號，初始預失真信號和延遲信號經輸出耦合器耦合為一路信號，由輸出下變頻器和帶通濾波器I變換回原頻域；
變換回原頻域的信號經功率放大器放大後，由反饋耦合器分為兩路，其中一路通過輸出帶通濾波器2濾除高低頻雜波後饋入天線發射；另一路經反饋上變頻器、反饋帶通濾波器變換到高頻域，再依次經過衰減器進行信號強弱調節、阻抗變換器進行鏈路阻抗變換匹配，最終饋入預失真單元；
所述預失真單元根據輸入耦合器輸入的信號和反饋回的信號，控制輸出預失真信號，使其與多載波信號經過功率放大器後的三階互調失真信號頻率相同，相位相反。
[0012]下面我們以調頻頻段(87MHz — 108MHz)的兩個具體容易產生互調的頻率為例，來說明本發明如何抑制互調，參見圖到圖2到圖9。
[0013]附圖中fl和f2可以為調頻頻段(87MHz—108MHz)間的任意兩個間隔在500KHz以上的頻率，這裡取f l=88MHz，f2=88.5MHz ；fL為上下變頻器的本振信號頻率，取fL=700MHz。
[0014]參見圖1，頻率為fl=88MHz，f2=88.5MHz的雙載波信號由輸入上變頻器的輸入端輸入，輸入信號的頻譜圖如圖2所示。該輸入信號經輸入上變頻器變換到高頻域。圖3所示為通過輸入上變頻器後的信號頻譜圖，其中主要包含了輸入信號fl=88MHz、f2=88.5MHz，本振信號 fL=700MHz，變頻信號 fL_f l=612MHz、fL-f2=611.5、fL+f l=788MHz、fL+f2=788.5MHz。從輸入上變頻器輸出的信號饋入輸入帶通濾波器濾除fl、f2、fL、fL_fl、fL-f2等雜波信號，保留fL+f I和fL+f2這兩個高頻信號，具體參見圖4。
[0015]以上描述為輸入雙載波信號經輸入上變頻器、輸入帶通濾波器變換到高頻域後的情形。
[0016]變換到高頻域的雙載波信號通過輸入耦合器分為兩路。其第一路通過傳輸延遲單元以補償由預失真單元造成的傳輸延遲；第二路通過傳輸線、阻抗變換饋入預失真單元。
[0017]此時，預失真單元會產生一個幅度為OdBm，相位為0°的初始預失真信號，也就是理論預失真信號，對輸入耦合器輸入的信號進行初步預失真，初始預失真信號和傳輸延遲單元輸出的信號耦合為一路後，下變頻回原頻域，經過功率放大器放大，再分為兩路，一路通過輸出帶通濾波器2濾除高低頻雜波後饋入天線發射，一路上變頻後，反饋回預失真單元，預失真單元將反饋回來的信號和輸入耦合器輸入的信號進行比較，多次比較後，最後生成一個穩定的預失真信號，使其儘可能與功率放大器三階互調的實際失真信號頻率相同，相位相反，參見圖5。圖5所示為預失真信號頻譜圖，其中包含fL+2fl-f2=787.5MHz、fL+2f2-fl=789MHz兩個頻率成份，該信號經阻抗變換和傳輸線後通過輸出耦合器同傳輸延遲單元的輸出信號合成預失真後的信號，其頻譜圖如圖6所示。
[0018]輸出耦合器輸出的預失真後的信號經過輸出下變頻器、輸出帶通濾波器I變換回低頻域其信號頻譜如圖7所示，其中包含輸入載波信號fl=88MHz、f2=88.5MHz、預失真信號2fl-f2=87.5MHz、2f2-fl=89MHz，其預失真信號頻率正好等於載波fl=88MHz和f2=88.5MHz的互調頻率，通過功率放大器預失真信號將與fl=88MHz和f2=88.5MHz的互調相互抵消，從而達到互調抑制的目的。功率放大器輸出信號的頻譜如圖8所示，其中包含了原信號 fl=88MHz、f2=88.5MHz，2 次諧波 2f l=176MHz、2f2=177MHz，3 次諧波 3fl=264MHz、3f2=265.5MHz 等高次諧波和幅度很小的互調 2fl_f2=87.5MHz、2f2-fl=89MHz。
[0019]功率放大器輸出的信號再依次經過反饋耦合器、輸出帶通濾波器2濾除高次諧波等雜波得到最終輸出信號，其頻譜如圖10所示，其中只存在幅度很小的互調2fl-f2=87.5MHz,2f2-fl=89MHzo
[0020]圖9所示為變換到高頻域後的反饋信號頻譜圖，其是在圖8的基礎上進行變換的。
[0021]本發明中，如何根據未知的功率放大器的三階互調失真信號，產生穩定的預失真信號來抵消它，方法如下:所述預失真單元包括微處理器、與微處理器相連的射頻信號校正器和誤差量化器；誤差量化器比較輸入預失真單元的兩路信號，量化後發送給微處理器，由微處理器控制射頻信號校正器輸出與功率放大器三階互調的實際失真信號頻率相同，相位相反的預失真信號。預失真單元的工作流程為:
(1)定義經輸入耦合器輸入的信號為輸入信號、經衰減器輸入的信號為反饋信號，預設輸入信號和反饋信號的均方誤差門限值Er，預失真信號最大幅度A dBm，實際調製中，Er和A的具體數值可以根據實際情況選擇；
(2)控制射頻信號校正器生成幅度為OdBm，相位為0°的初始預失真信號，對輸入耦合器輸入的信號進行初步預失真；
(3)誤差量化器獲取輸入信號和反饋信號，計算其均方誤差Er』，送入微處理器中；
(4)微控制器讀取誤差量化器得出的均方誤差Er』，如果Er』小於等於預設門限值Er則完成預失真，否則控制射頻信號校正器依次生成相位以1°為步近，幅度以0.1dBm為步近逐步增加的預失真信號分別對輸入信號進行預失真，並讀取對應的均方誤差Er』與預設門限值Er做比較，過程中一旦發現Er』小於等於Er則完成預失真，否則直到預失真信號的相位達到360°，幅度達到預設最大幅度A dBm，再選出整個過程中使得均方誤差Er』最小時對應的預失真信號作為最終預失真信號。
[0022]此最終預失真信號，就是本發明中預失真單元最終產生的穩定的信號。
【權利要求】
1.一種射頻多載波互調抑制裝置，其特徵在於:包括依次連接的輸入上變頻器、輸入帶通濾波器、輸入耦合器、傳輸延遲單元、輸出耦合器、輸出下變頻器、輸出帶通濾波器1、功率放大器、反饋耦合器、輸出帶通濾波器2，信號從輸入上變頻器輸入，從輸出帶通濾波器2輸出； 其中，所述輸入耦合器的輸出端為兩路，輸出耦合器的輸入端為兩路，傳輸延遲單元位於輸入親合器的一路輸出和輸出親合器的一路輸入間，輸入親合器和輸出親合器間還設有一預失真單元，所述預失真單元兩端通過阻抗變換器與輸入耦合器的另一路輸出和輸出耦合器的另一路輸入相連； 所述反饋耦合器的輸出端為兩路，一路連接輸出帶通濾波器2，另一路通過反饋上變頻器、反饋帶通濾波器、衰減器和阻抗變換器連接到預失真單元； 多載波信號經輸入上變頻器、輸入帶通濾波器變換到高頻域，由輸入耦合器分為兩路，一路經過傳輸延遲單元生成延遲信號，另一路經預失真單元生成一幅度為OdBm，相位為0°的初始預失真信號，初始預失真信號和延遲信號經輸出耦合器耦合為一路信號，由輸出下變頻器和帶通濾波器I變換回原頻域； 變換回原頻域的信號經功率放大器放大後，由反饋耦合器分為兩路，其中一路通過輸出帶通濾波器2濾除高低頻雜波後饋入天線發射；另一路經反饋上變頻器、反饋帶通濾波器變換到高頻域，再依次經過衰減器進行信號強弱調節、阻抗變換器進行鏈路阻抗變換匹配，最終饋入預失真單元； 所述預失真單元根據輸入耦合器輸入的信號和反饋回的信號，控制輸出預失真信號，使其與多載波信號經過功率放大器後的三階互調失真信號頻率相同，相位相反。
2.根據權利要求1所述的射頻多載波互調抑制裝置，其特徵在於:所述預失真單元包括微處理器、與微處理器相連的射頻信號校正器和誤差量化器；誤差量化器比較輸入預失真單元的兩路信號，量化後發送給微處理器，由微處理器控制射頻信號校正器輸出與功率放大器三階互調的實際失真信號頻率相同，相位相反的預失真信號。
3.根據權利要求2所述的射頻多載波互調抑制裝置，其特徵在於:預失真單元的工作流程為: (1)定義經輸入耦合器輸入的信號為輸入信號、經衰減器輸入的信號為反饋信號，預設輸入信號和反饋信號的均方誤差門限值Er，預失真信號最大幅度A dBm ; (2)控制射頻信號校正器生成幅度為OdBm，相位為0°的初始預失真信號，對輸入耦合器輸入的信號進行初步預失真； (3)誤差量化器獲取輸入信號和反饋信號，計算其均方誤差Er』，送入微處理器中； (4)微控制器讀取誤差量化器得出的均方誤差Er』，如果Er』小於等於預設門限值Er則完成預失真，否則控制射頻信號校正器依次生成相位以1°為步近，幅度以0.1dBm為步近逐步增加的預失真信號分別對輸入信號進行預失真，並讀取對應的均方誤差Er』與預設門限值Er做比較，過程中一旦發現Er』小於等於Er則完成預失真，否則直到預失真信號的相位達到360°，幅度達到預設最大幅度A dBm，再選出整個過程中使得均方誤差Er』最小時對應的預失真信號作為最終預失真信號。
【文檔編號】H04L27/26GK104486282SQ201410769711
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月15日 優先權日:2014年12月15日
【發明者】姚成松, 徐中強 申請人:成都康特數字廣播電視設備有限公司