专利名称：可编程射频前置补偿线性电路及其方法
技术领域：
本发明涉及射频(Radio Frequency，RF)功率放大器，特别是涉及以功效和失真来考量RF功率放大器线性化性能的一种电路及其方法。
通常，无线电设备中的电能主要由RF功率放大器消耗。因此，提高放大器的效率可减少电能消耗。例如，在无线通信系统的基站中，增加和基站通信的手机的使用时间。
除了功率消耗外，RF功率放大器的另外一个重要参数是线性率。RF放大器的线性受该RF功率放大器输出的影响。一般地，RF功率放大器偏置在一饱和模式工作，以达到高效率。在饱和模式中，通常，RF功率放大器工作的线性率不够理想，正如众所周知的，RF功率放大器偏置在饱和模式工作对输入信号的非线性放大会引起信号的失真。通常，当RF输入信号能量增加时，这种信号失真会引起负振幅和正相位偏差。这种信号失真包括影响无线通信设备理想信号并通常被称为相互调制失真(IM)，也被称作谐波失真。而且，相互调制失真产生不理想信号，这种不理想信号干涉其他无线通信设备理想信号的接收和发送。
RF放大器的线性问题可使用线性化电路来缓解，诸如反馈系统和前馈系统。但是，反馈线性化电路趋向于仅仅解决RF输入信号的一个窄带宽中的线性，这样，就不能有效地在整个宽频带范围内，使RF放大器线性化。另外，相比于靠近工作带宽中心的频率，这种线性化电路通常在工作带宽边频带的线性化性能发生弱化。而且，前馈线性化电路实施复杂，而放大器的转移特性必须精确决定，这样就需要带有较多元器件的附加电路。容纳这些多余元器件是个问题，因为无线通信设备内的空间有限。此外，控制幅度大小和相位来消除或至少减少信号失真也不容易实现。
另外一种线性化方式是用一预矫正信号来减少信号失真，这样，信号在被RF放大器非线性放大时得到互补性地补偿。这种线性化方案被称为预修正，产生预修正的电路通常被称为前置补偿(predistortion)线性电路。射频的输入信号由前置补偿线性电路预修正，以在RF功率放大器放大信号之前，弥补RF功率放大器的失真特性。前置补偿线性电路可使用如二极管或砷化镓场效应三极管(FETS)，其只预修正一RF输入信号，该RF输入信号在其工作频率上的一特定功率电平上。这样，这些前置补偿线性电路在宽频带应用中的，并可在整个输入功率动态范围中工作的RF放大器上的适应性有限。
这样，由于上述线性化方式和电路的限制，需要有一前置补偿线性电路，使RF放大器在宽频带应用中的整个输入功率动态范围内运行工作地更线性化，且更有效率。
通常，控制电路可进一步包括电性连接至少一个变容二极管和控制极的部件；
控制电路可进一步包括电性连接至少一个变容二极管和控制电压电源的部件；控制电路可进一步包括补偿至少一个电感器的电感的部件。
控制电路可进一步包括提高三极管稳定性的部件。
该RF前置补偿线性电路还包括用于匹配输入电极阻抗和其他产生RF输入信号电路的部件。
该RF前置补偿线性电路还包括用于匹配输出电极阻抗和其他接收预修正的RF输出信号电路的部件，该经预修正的RF输出信号由RF前置补偿线性电路产生。
通常，该RF前置补偿线性电路还包括用于匹配输出电极阻抗和一接收经三极管放大后的RF输入信号的输入端的部件。
该三极管可以是一双极结型的三极管。
本发明的另一目的在于提供一种预修正射频输入信号的方法，该方法包含以下步骤设定该RF输入信号的工作频率；产生至少一个控制电压和至少一个和工作频率相关的偏压；提供一RF前置补偿线性电路，该前置补偿线性电路包含一只三极管和一和三极管电路连接的控制电路，该三极管具有一接收RF输入信号和至少一个偏压的输入电极，一接收控制电路控制信号的控制电极和一输出电极；将至少一个控制电压加在该控制电路中的至少一只变容二极管上，所述的至少一只变容二极管和该控制电极电路连接；及用该至少一个控制电压从该至少一只变容二极管得到电容，以控制该三极管，在该工作频率上工作。
产生至少一个控制电压和至少一个和工作频率相关的偏压的步骤最好还包含对该至少一个控制电压确定一电压值的步骤。
所述的对该至少一个控制电压确定一电压值的步骤包含从一电压存储单元中重新获得该电压值的步骤。
图1为本发明实施例所示的RF预修正线性电路的电路方块图；图2为带有和不带有图1所示的RF前置补偿线性电路的不同功率放大器的典型相互调制失真特性曲线比较图；图3为带有和不带有图1所示的RF前置补偿线性电路的不同功率放大器的真实相互调制失真特性曲线比较图；图4为带有和不带有图1所示的RF前置补偿线性电路在邻近信道的功率抑制的曲线比较图；图5为使用图1所示的RF前置补偿线性电路预修正一RF输入信号的方法流程图。
本发明的该较佳实施例有较多优点。其中一个优点就是其可对在不同输入功率电平且在不同工作频率的RF放大器补偿失真最佳化。因此，该较佳实施例中的前置补偿线性电路可适用于宽频带应用中的RF放大器。
本发明的该较佳实施例的另一个优点是可对不同输入功率和不同工作频率的RF放大器的控制参数进行定标。通过这些定标，和这些控制参数有关的数值就可以被存储，再次用于补偿RF放大器信号失真。
本发明的该较佳实施例的又一个优点是可通过增加输入电源方便控制补偿的增益和相位，同现有技术中的各种预修正线性电路相比，该补偿的增益和相位可跨越工作频率的整个频带。
本发明的该较佳实施例的再一个优点是和前馈线性化方案相比，该前置补偿线性电路的功耗较低，结构简单。
如图1所示，为本发明较佳实施例中的射频前置补偿线性电路10的方块原理图。该RF前置补偿线性电路10包含一三极管11和一控制电路12。该三极管11可以是，如应用于RF预修正中的双极结型三极管。该RF前置补偿线性电路10进一步还包括一输入匹配电路13，一输出匹配电路14和一连接电路15，该连接电路15电路连接控制电路12和控制电源(未在图中显示)，该控制电源通过控制端16提供控制电压。
三极管11具有一输入电极17，以接收RF输入信号，并以该RF输入信号偏置该三极管11。一控制极18，电路连接该三极管11和控制电路12。该三极管11的输出信号从输出电极19输出，并偏置该三极管11。控制电路12包含一电感单元20和一电容单元23，该电感单元20包含两电感器21，22，，该电容单元包含两变容二极管24，25。电路连接控制电路12和控制电源的耦合电路15包含一电阻26和一耦合电感27。该耦合电感27的一端28分别和该两只变容二极管24，25的各自阴极端29，30电路连接。但是，电阻26和耦合电感27的位置可以互换，这样，电阻26可代替耦合电感27，而和该两只变容二极管24，25的各自阴极端29，30电路连接。
控制电源通过控制端16提供一控制电压，以偏置该二个变容二极管24，25。可自该二个变容二极管24，25处得到一基于控制电压的电容。该电容和电感单元20的电感可使控制电路12，连同三极管11，产生一总感抗。该总感抗使一非线性补偿作用于RF输入信号，这样，当RF输入信号功率增加时，可产生正振幅和负相位偏差。
该输入匹配电路13和该输出匹配电路14，可分别提供三极管11的输入电极17、输出电极19和其他电路(未在图中示出)匹配的阻抗。其他电路可以是，如在一发射机系统中，一接收RF前置补偿线性电路10产生的预修正RF输出信号的RF放大电路。该RF预修正输出信号通过输出匹配电路14的一输出端32置于RF放大电路上。换句话说，该预修正RF输出信号可作为该RF放大电路的输入，这样，RF放大电路具有的失真特性弥补了预修正RF输出信号，在放大该预修正RF输出信号后，就产生了一线性化较好的放大RF信号。
三极管11的输入电极17由一直流偏置电源Vb通过一偏置电感器33偏置。输出电极19通过一集电极电感34和直流电源Vc相接。基极电感器33和集电极电感器34也对和电源Vb、Vc相连接的，并分别通过偏置端35、36提供的直流电压过滤交流成分。
三极管11的控制极18和控制电路12中的隔直电容37、电阻38电路连接。该隔直电容37的另一端和变容二极管24，25的阴极端29，30电路连接，以隔离控制电源中的直流成分。电阻38的另一端分别和变容二极管24，25的阳极端39，40连接。此外，电阻38提高三极管11的稳定性，同时也更容易控制三极管的增益和相位补偿。一补偿电容器41和电感单元20并联连接，以在整个阻抗要求的范围内补偿该二只电感器21、22的电感。该补偿电容41和电阻38通过一相同的连接端连接。
如图2所示，为带有和不带有前置补偿线性电路10的不同RF功率放大器的典型相互调制失真性能比较曲线图50。图2中的第一曲线51所示的是没有应用任何线性化方案的F级放大器的性能，第二曲线52所示的是应用一传统线性电路的F级放大器的性能，第三曲线53所示的是F级放大器电路连接RF前置补偿线性电路10后的性能，从该曲线图可以看出，当该F级放大器和RF前置补偿线性电路连接后的性能表现最好，特别是，曲线53在整个输入功率动态范围内相互调制失真(IM3)约为20分贝。
如图3中第一曲线55所示为RF前置补偿线性电路10在一工作频率并应用于一F级放大器的相互调制失真测试特性图，该工作频率可以为，例如，1.885GHZ，该第一曲线55是根据与没有应用RF前置补偿线性电路10的F极放大器的第二曲线56对比绘制的。
图4所示，为RF前置补偿线性电路10在一工作频率(例如1.885GHZ)并应用于一F级放大器的相邻信道功率抑制测试性能曲线图。第一曲线58所示为该RF前置补偿线性电路10应用于F级放大器时的结果曲线图。该第二曲线59所示为一没有应用RF前置补偿线性电路10的F级放大器的特性曲线，该特性曲线是和第一曲线58对比绘制的。
图3、图4示出样机测试数据，如图3和图4所示，在第三级互相调制(IM3)中大约有9分贝的提高，相邻信道功率抑制大约有6分贝的提高。
如图5所示，为利用该RF前置补偿线性电路10，预修正RF输入信号的方法60的流程图，该方法首先自步骤61开始，通过一基带处理器设定一RF输入信号的工作频率，该基带处理器(图中未示出)可以为一数字信号处理器，其通常设置于无线通信设备内，该无线通信设备可以是双声道无线电设备，移动电话，卫星无线收发器。然后，执行步骤62，对其中至少一个和工作频率相关的控制电压设定一电压值。步骤63，从一存储单元重新获得该电压值。然后，执行步骤64，根据该电压值产生至少一个控制电压。接着，执行步骤65，利用该产生的至少一个控制电压，该处理器对RF前置补偿线性电路10的控制端16提供所述的至少一个控制电压。
接着，执行步骤66，阴极29，30接收至少一个控制电压，使变容二极管24，25由该至少一个控制电压反偏。在该反偏过程中，变容二极管24，25会产生一基于该控制电压大小的电容，通过该电容，步骤67中，该三极管11被偏置，并工作在该RF输入信号的工作频率上。
上述实施例公开了一种前置补偿线性电路和一种预矫正射频输入信号的方法，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而它不是用来限定本发明，任何本领域的技术工作者，当然可以在不脱离本发明的范围和精神下，根据本发明的实施例所做一些变化和修改。因此本发明的保护范围应当以本申请权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
1.一种预矫正射频输入信号的射频前置补偿线性电路，包括一三极管，该三极管具有接收所述射频输入信号的输入极，一控制极，一输出极；及一控制电路，该控制电路包含至少一只电感器，该电感器包含一和一参考电压相连的第一端和一第二端；和一电路连接于所述第二端和控制极之间的至少一只变容二极管。
2.如权利要求1所述的射频前置补偿线性电路，其特征在于，所述的控制电路还包含电路连接所述至少一只变容二极管和所述控制极的部件。
3.如权利要求1所述的射频前置补偿线性电路，其特征在于，所述的控制电路还包含电路连接所述至少一只变容二极管和一控制电源的部件。
4.如权利要求1所述的射频前置补偿线性电路，其特征在于，所述的控制电路还包含补偿所述至少一只电感器电感的部件。
5.如权利要求1所述的射频前置补偿线性电路，其特征在于，所述的控制电路还包含提高所述三极管稳定性的部件。
6.如权利要求1所述的射频前置补偿线性电路，其特征在于，还包含匹配输入极阻抗和其他产生所述RF输入信号电路的部件。
7.如权利要求1所述的射频前置补偿线性电路，其特征在于，还包括匹配输出极阻抗和其他接收预矫正的RF输出信号电路的部件，该预矫正的RF输出信号由所述的RF前置补偿线性电路产生。
8.如权利要求1所述的射频前置补偿线性电路，其特征在于，还包括匹配输出极阻抗和一接收经三极管放大后的RF输入信号的输入端的部件。
9.如权利要求1所述的射频前置补偿线性电路，其特征在于，所述的三极管是一双极结型的三极管。
10.一种预矫正射频输入信号的方法，该方法包含下列步骤对所述的输入信号设定一工作频率；产生至少一个控制电压和至少一个和所述工作频率相关的偏压；提供一RF前置补偿线性电路，该前置补偿线性电路包含至少一只三极管和一电路连接该三极管的控制电路，该三极管具有一接收RF输入信号和该至少一个偏压的输入极，一接收控制电路控制信号的控制极和一输出极；用该至少一个控制电压设定控制电路中的至少一只变容二极管，所述的至少一只变容二极管和该控制极电路连接；以及用一电容控制该三极管在该工作频率上工作，该电容由所述的至少一只变容二极管通过该至少一个控制电压产生。
11.如权利要求10所述的预矫正射频输入信号的方法，其特征在于，所述的产生至少一个控制电压和至少一个和所述工作频率相关的偏压的步骤包含对所述的至少一个控制电压设定一电压值的步骤。
12.如权利要求11所述的预矫正射频输入信号的方法，其特征在于，所述的对所述的输入信号设定一工作频率的步骤包含从一存储单元中重新获得所述电压值的步骤。
全文摘要
一种射频前置补偿线性电路(10)，包含一三极管(11)、一控制电路(12)、一输入匹配电路(13)和一输出匹配电路(14)。该控制电路(12)电路连接一通过一控制端(16)提供控制电压的控制电源。一电阻(26)和一耦合电感(27)电路连接该控制电路(12)和该控制端(16)，以接收控制电压。将该控制电压设定于该控制电路(12)的二个变容二极管(24，25)上，以产生一电容。该电容和由控制电路(12)的电感单元(20)产生的电感可产生一谐振频率。该谐振频率因此可被控制并基于一RF输入信号的中心频率，该RF输入信号对RF前置补偿线性电路(10)的输入端(31)提供信号。
文档编号H03F3/191GK1454409SQ00819793
公开日2003年11月5日 申请日期2000年8月11日 优先权日2000年8月11日
发明者孙稼, M·润华·谢 申请人:新加坡国立大学