具有線性化電路的微波放大器增益失真的自適應校正的方法和電路的製作方法

2023-11-03 18:49:37

專利名稱：具有線性化電路的微波放大器增益失真的自適應校正的方法和電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線電頻率信號傳輸領域，更詳細地說是涉及有關用於具有線性化電路的微波放大器增益失真的自適應校正的過程和電路。
如同已知的那樣，一個功率放大器呈現線性，即為它所具有的增益和相位特性隨輸入信號功率的變化而保持不變，並且通常只是對一定範圍的所說的功率值而言的。在一個普通的放大器中，對於高輸入信號功率電平來說線性的偏差原則上包括增益的壓縮和輸入/輸出相移的增加。所說的非線性產生被放大信號的失真並因此增加了交叉調製噪聲。這樣一個信號的傳送對於該接收機可以引起嚴重的麻煩，例如在數字調製信號的情況中的一個高數值BER。為了克服這個麻煩，某些時候使用了根據不同電路類型而製作的適當的被線性化的電路，即使用主要涉及本發明應用範圍的預校正電路已知，一預校正電路包括許多非線性元件，它根據所說信號的功率電平和該放大器導致初始信號失真的幅度，對一具有低功率電平的無線電頻率信號的幅度和相位進行預校正。更詳細地說，這種預校正的方式是使所預置的修正與由不同原因導致的放大器信號的失真趨勢大小相等方向相反。
預校正線性化電路具有快速工作的優點，因而特別適用於微波信號放大器的前端。另一方面，利用這種方法線性化的放大器中，還仍有可能存在由於工作條件的變化而引起的很小的增益和相位特性的變化。這是因為該增益和相位預校正趨勢是在該設計階段最初始地預置的，而在放大器工作期間是沒有變化的，除非當該被放大的信號太惡化而需單獨地人工調節。因為所述預校正傾向準確地重現一特定的放大器工作點所給出的失真傾向，所以當該工作點由於上述熱漂移或老化現象而產生輕微移動時，該失真傾向就發生相應變化，因而不再準確地對應於所述預校正傾向。另一方面，該預校正電路沒有反饋結構，即沒有一種能夠進行適當的自動校正的結構。顯然，當處於輸入信號功率峰值時這一缺點就變得更為明顯。
預校正電路線性化放大器的第二個缺點是由於一個放大器的增益決不會具有完全平坦的帶寬，因而對放大器通頻帶的任何一個新的傳送通道的選擇必定包括有對該增益的重調，以便將新的增益調整到前述的預校正曲線上。
對上述缺點進行補救的已知的線性化步驟和電路是基於這樣一個事實，即該放大器開始失真僅對放大器輸出的較高的量級上的交叉調製產生的電平上觀察到的，因為在這種情況下它們才增加。所述已知的線性化電路包括一個適當的反饋系統，該系統包括有用來測量產生的交叉調製的功率的電路和利用所述的測量產生一個用來校正該預校正特性的信號的電路，以恢復理想的放大器線性特性。
所述線性化電路的主要缺點是必須對諸如交叉調製產生的很低的功率電平作非常精確的測量。另外，所述測量必須在恰當地定界的頻率範圍內進行。顯然，這種反饋系統因而不可避免地包括昂貴和複雜的裝置，因此使放大器成本增加。
因此本發明的用途是欲克服上述的缺點並指出一種對帶有線性化電路的微波放大器的增益失真進行自適應校正的過程，這裡所說的失真主要是指由於例如熱漂移或元件老化或其它原因而導致的放大器工作點移動的現象。這種方法適用於峰值-均值信號功率比為常數的調製信號，例如數字調製信號。
該過程是基於甚至在放大之後所述比值仍保持恆定這樣一個事實，只有當線性化電路/放大器鏈路具有線性工作特徵時，相對於在該鏈路的輸入端上的所述比值的原始值，整個增益的壓縮才會使得在該放大器輸出端上所測量的所述比值減小;反之，整個增益的擴大將使在該放大器輸出端上所測量的所述比值增大。因此，該過程主要包括測量被放大的信號功率的峰值對平均值的比值，並且利用該測量值去改變該線性化電路/放大器鏈路的AM/AM失真特性，以保持輸出端的比值等於輸入端的比值。
為了實現本發明的目的，一種用於帶有線性化電路的放大器的增益失真的自適應校正的過程如權利要求1所述。
本發明的另一個目的是給出一種如權利要求2至5所述的用於帶有線性化電路的放大器的增益失真的自適應校正的電路。
一種包括有本發明的校正電路的線性化放大電路在一寬的溫度範圍內具有極好的線性並且不會受老化的影響。
另一優點是不需要增益調節，以使該放大器工作在其工作頻段內所選擇的一個通道上。
所有的上述優點均可採用低成本的容易得到的裝置來實現。
本發明的其它的用途和優點通過下面給出一實施例的詳細說明和由所給出的例子的附圖可以理解，其中


圖1示出了一個被連接到本發明的用來自適應校正增益失真的電路的具有線性化電路的放大器的局部電路方框圖;和圖2示出了當所述的校正電路未工作時，圖1所示的放大器的某些輸出信號功率的傾向的曲線。
參見圖1，AMPL表示連接到一個接收微波信號RFin的預校正電路PRED的輸出部分的微波功率放大器。一個用來對線性化放大器AMP的增益失真進行自適應調節的電路COMP被反饋連接在AMPL的輸出和預校正電路PRED的一個控制輸入端Ic之間。
該微波信號RFin是被數字調製的128-TCM信號。另外，RFin可以是根據任何QAM(正交調幅)數字調製的被調製微波信號。更廣泛地說，該信號RFin可以是峰值信號功率和平均信號功率之比為恆定值的任何被調製信號。
作為一個例子的預校正電路PRED在相同申請人於1990年4月9日申請的申請號為19975A/90的義大利專利申請中已有披露。它包括一個場效應管FET，其柵極接收由柵一源電壓VG適當偏置的信號RFin，以獲得FT1對信號RFin高功率值的增益擴展。該電壓VG是一個約為1.5V的負電壓，因此稍高於FT1的夾斷電壓。該偏置電壓VG加到該預校正電路的控制輸入端Ic，它可以從外部調節以使該增益擴展間隔幅度呈較佳的漸變調節。
FT1的漏一源輸出電壓Vds控制一移相器SFAS，從FT1的信號輸出端引入一相位預校正。該相位預校正的大小可由來自外部的電壓VP調節。預校正電路PRED的整個被預校正的信號輸出送到放大器AMPL的輸入端，在該信號RFin的被擴展的功率值的範圍內，在額定操作條件下輸出信號RFout不受失真的影響。
該例子的放大器AMPL包括一個廣泛適用的微波功率FET並且它還可使用具有相似失真特性的微波管。
電路COMP包括一個用於微波工作的已知形式的包絡檢測器ENVD，該ENVD被連接到線LN1的一端，線LN1的第二端連接到接地終端負載TER。線LN1又被耦合到傳送放大器AMPL的輸出信號RFout的一傳輸線LN2。
在檢測器ENVD的輸出端上的信號是Venv，該信號Venv重現了在信號RFout中所出現的調製包絡。該信號Venv被分別送到已知類型的一峰值傳感器PKD和一平均值傳感器AVD的輸入端。在傳感器PKD的輸出端呈現一個傾向於與信號Venv的峰值時間一致的電壓Vpk。類似的，在傳感器AVD的輸出端呈現一個傾向於與信號Venv的平均值時間一致的電壓Vm。
峰值檢測器PKD的輸出被連接到一電位器R1上，從該電位器R1可以獲得一個可調節的峰值電壓Vpk的分壓Vpk/K，K是一由實驗獲得的電壓分配係數，並與信號RFin的調製類型有關。電壓Vm和Vpk/K被分別送到一具有雙供電電源+V和-V的運算放大器OP1的同相和反相輸入端。運算放大器OP1的輸出連接到由兩個電阻R2和R3串聯構成的固定電壓分壓器的中間。電阻R3的第二端接地。電阻R2的第二端連接到具有兩個供電電源+V和-V的第二運算計算放大器OP2的反相輸入端，該OP2的同相輸入端接有一負參考電壓-EG。在OP2的反相輸入端和輸出端之間接有電阻R4。OP2的輸出連接到預校正電路PRED的控制輸入端Ic。
參見圖2，在圖2中所給出的三條曲線A、B和C表明了因信號RFin而產生的信號RFout(圖1)的功率的趨向，這裡僅涉及到圖1中的方框PRED和AMPL的級聯，而不包括校正電路COMP。曲線A是在額定工作條件下得到的。曲線B和C是當上述條件未出現時獲得的。圖2所示的曲線清楚地指明了圖1的方框PRED和AMPL的級聯的增益是如何變化的。更詳細地說，在三條曲線的線性部分，增益是恆定的並且在任何工作條件中該放大器AMPL均是完全地被線性化的。在曲線A的彎曲部分，由於處於飽和狀態，因而增益不可避免地不再可線性壓縮。在曲線B的彎曲部分表示出比曲線A更進一步的壓縮。在曲線C的彎曲部分出現相反的情況，該部分的增益比曲線A要擴展。
如像已指出的那樣，對於一個數位化調製信號RFin，只有當該預校正電路/放大器系統呈現線性才能使峰值信號功率與平均信號功率之比恆定並在放大之後保持恆定。如果主要由於熱漂移或老化的原因而使AMPL的工作點發生漂移，那麼在放大器AMPL的輸出端所測量到的峰值功率與平均功率之比，就要發生成比例的變化。例如在曲線B中它減少，在曲線C中它增加。
上面所精確地描述的實施該過程的電路價格昂貴的主要原因是該過程的相位是對於功率而不是電壓值。該電路需使用對數放大器以獲取在該輸出端所測量的平均功率和峰值功率的對數，在此之後，所述功率之比將被轉變成各自的對數的差。接著一反對數放大器將獲得一個數值，使其與所述輸入功率的恆定比值進行比較，從而產生一誤差信號反饋至該線性化電路中，將曲線B和C調回靠近於曲線A。
在實際中，當不是嚴格應用上述方法時，最好使用如圖1所示的較簡單電路就可以使放大器的線性的損失得到很好的校正。在一嚴格的方式中對於所表示的誤差的簡化僅適用於零誤差的情況，還使用電壓Vpk和Vm代替各自的功率。這個處理過程的有效性在於該電路將誤差Verr限制到一個很小的值。
操作的第一件事情是隔斷電路COMP並選擇一個電壓-VG的固定值-VG′，這樣在額定操作條件下該放大器AMPL被完全線性化，甚至在該信號RFin的峰值處也是如此。也就是，如果不存在電路COMP，則-VG′是被直接加到輸入端Ic的電壓。在這種情況下，AMPL的增益是由圖2的曲線A來表示的。然後用置-EG＝-VG′來插入校正電路COMP，並調節電位器R1的電壓分壓係數K以便消去OP1的兩個輸入端之間的電壓。在這種情況下在OP1的輸出端的電壓Verr也是零，並且只要額定操作條件下延續該電壓Verr就保持為零。由上述操作我們得出K＝Vpk/Vm，根據實驗測定Vpk和Vm及它們的比值從而確定K值。
運算放大器OP2是一個電壓加法器。它的輸出電壓-VG等於被反相和被適當地加權的電壓Verr和電壓-EG之和。因而它可以在額定條件下被檢驗，結果Verr＝0，-VG＝-EG＝-VG′是正確的並且電路COMP未介入。任何原因導致該系統超出額定操作條件都會使得Vm≠Vpk/K，也就是在OP1的輸入端之間的電壓將不是零。因而在OP1的輸出端將會使誤差電壓Verr≠0。電壓Vm、Vpk，-EG的極性和它們所到達的OP1和OP2輸入端的反相/同相極性一起使該系統形成一個負反饋電路系統。用一個例子可進一步解釋如果我們假定在輸出端的功率趨向於向圖2中的曲線B移動，則OP1的輸入端Vm＞Vpk/K。在OP1的同相輸入端上的電壓Vm相對於在反相輸入端上的電壓要佔優勢時，則在OP1的輸出端上引出一正電壓Verr。運算放大器OP2從電壓-EG中減去Verr，則使負電壓-VG增大。因而FET FT1的極化更加朝著夾斷區域移動，導致FET FT1的較大的增益擴展以校正圖2中曲線B放大器AMPL的進一步的增益壓縮，從而使其趨向返回工作曲線A上。在相反的情況下採用類似的方式也可以容易地實現。
應說明的是，OP1的增益與開環增益非常接近，理論上是無窮大，因而電路COMP用於校正放大器AMPL的增益失真特別有效。
在圖1的電路COMP中，並未提供具體的裝置用來作用於信號RFin的相位，以校正與AMPL的增益失真相同原因導致的信號RFout的任何相位失真。顯然，在QAM系統中幅度失真比相位失真更為關鍵。另外，在試圖對增益失真進行校正中，該校正電路COMP還間接地進行相位失真的校正。
該校正電路COMP能夠與任何已知類型的放大器/線性化電路一起工作，而不必一定必須是微波領域的，因為它可產生一作用於線性化參量上的控制量，這些參量決定了整個增益特性。例如，在二極體的線性化中，在COMP的輸出端的電壓-VG可變換成二極體的極化電流。
權利要求
1.一種對帶有線性化電路的放大器的增益失真進行自適應校正的方法，該方法工作在數位化調製輸入信號或其它任何的調製信號功率的峰值與平均值之比為恆定的方式之下，其特徵在於該方法由以下的步驟順序和連續地完成檢測和測量在所述放大器的輸出端上的信號調製包絡的峰值功率值；檢測和測量在所述放大器的輸出端上的信號的調製包絡的平均功率值；所述被測量的峰值功率值除以所被測量的平均功率值，得出一輸出功率比值；計算在輸出端上的所述的功率比值與所述輸入信號的恆定的峰值功率與平均功率的比值之間的差值，所述的差值構成一誤差信號；和根據所述誤差信號，對所述線性化電路中決定其增益的一個或多個參量進行校正計算，以使所述誤差信號降至零或減至最小。
2.一種對帶有線性化電路的微波放大器的增益失真進行自適應校正的電路，該電路工作在數位化調製輸入信號或其它任何的調製信號功率的峰值與平均值之比為恆定的方式之下，其特徵是該電路包括有一連接到所述放大器(AMPL)的輸出端的峰值檢測器(PKD)，在該檢測器的輸出端具有量度所述放大器(AMPL)的輸出信號調製包絡(RFout)的峰值的第一電壓(Vpk);一連接到所述放大器(AMPL)的輸出端的平均值檢測器(AVD)，在該檢測器的輸出端具有量度所述放大器(AMPL)的輸出信號調製包絡(RFout)的平均值的第二電壓(Vm);一個連接到所述峰值檢測器(PKD)的輸出端的電壓分壓器(R1)，從該分壓器可取出一等於所述第一電壓(Vpk)與常數(K)之比的第三電壓(Vpk/K)，其中常數(K)取決於所述輸入信號(Rfin)的特定調製類型;一個減法電路(OP1)，執行所述第二電壓(Vm)和第三電壓(Vpk/K)之間的相減得到一個誤差信號(Verr)，這個誤差信號負反饋到所述線性化電路(PRED)的參量上，所述增益取決於線性化電路的這些參量。
3.根據權利要求2所述的用於增益失真的自適應校正電路，其特徵是在所述放大器(AMPL)的輸出和所述峰值檢測器(PKD)及平均值檢測器(AVD)的輸入之間設置了一用來檢測所述調製包絡(Venv)的包絡檢測器(ENVD)。
4.根據權利要求2所述的用於增益失真的自適應校正電路，其特徵是所述減法電路是一開環放大器(OP1)，其輸入端分別送入所述第二和第三電壓(Vm，Vpk/K)，在其輸出端給出所述誤差信號(Verr)。
5.根據權利要求2所述的用於增益失真的自適應校正電路，其特徵是還包括有一電路(OP2)，該電路(OP2)用適當的極性將所述誤差信號(Verr)變換為電壓(-VG)或變換為所述線性化電路(PRED)的一有源元件(FT1)的極化電流，該元件(FT1)為構成所述預校正型線性化電路(PRED)的主要元件。
全文摘要
描述了在與預校正線性化電路相連接的微波放大器中，對由於熱漂移、老化等原因而造成的增益失真進行自適應校正的過程和電路。該過程涉及數位化調製信號，即QAM，在其中峰值功率信號與平均值功率信號之比為恆定值。只有該放大器是線性的，在放大之後這個比值才是恆定的，它是在放大器的輸出端測量的，以改變線性化電路/放大器鏈路的AM/AM失真特性並保持在輸出端的比值等於在輸入端的比值。並且也描述了相關的校正電路。
文檔編號H03F1/32GK1090445SQ9311299
公開日1994年8月3日 申請日期1993年12月23日 優先權日1992年12月23日
發明者安東尼奧·阿彼阿提, 魯吉·瑟韋, 卡洛·波利 申請人:西門子電信公司