专利名称：一种超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非线性特性提取装置，尤其是涉及ー种超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置。
背景技术：
现代宽带无线通信系统广泛采用了正交频分复用(OFDM)和正交幅度调制(QAM)等非恒包络调制方式，为了保证信号的传输质量，同时不对相邻频带产生干扰，对传输系统中的射频功率放大器的线性度要求很高。数字预失真技术既能保证射频功率放大器工作于高效率状态，又能有效地提高其线性度，目前在无线通信系统中得到了广泛的应用。 在数字预失真技术中，为了进行线性化建模，首先必须至少获得射频功率放大器的三阶交调信号(MD3)，即射频功率放大器的非线性特性。在非线性特性提取过程中，为了保证传输信号的动态范围和输出信号的分辨率，非线性特性提取装置中用于在射频功率放大器的输出端采样的模数转换器(A/D)需要具有高转换速率(即采样带宽需要是传输信号带宽的三倍以上)和高转换精度(即输出比特长度必须至少在11比特以上)，这类模数转换器价格昂贵；另外随着空间信号带宽高达IOOMHz (如MT-Advanced，LTE+等系统)甚至更高的超宽频带无线通信系统的发展，超宽频带射频功率放大器的非线性特性提取装置中的用于在射频功率放大器的输出端采样的模数转换器(A/D)的转换速率也要相应提高。以160MHz信号为例，如果要采集三阶交调失真，所需模数转换器的转换速率就至少为960Msps，若是要采集五阶交调失真则所需模数转换器转换速率需要高达I. 6 Gsps0以目前模数转换器的制作エ艺水平，即使能够达到如此高的转换效率，可是却难以达到其转换精度的要求，以致现有的模数转换器无法应用于超宽频带射频功率放大器的输出信号采样，无法提取出符合数字预失真技术要求的超宽频带射频功率放大器的非线性特性，难以对其进行线性化建摸，限制了宽带无线通信技术的发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以克服高速模数转换器的转换精度和采样速率间的矛盾，使用较低转换精度的高速模数转换器对射频功率放大器的输出信号进行采样，具有较低成本的超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置。本发明解决上述技术问题所采用的一种技术方案为ー种超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置，包括第一耦合器、第二耦合器、第一混频器、第二混频器、第一衰减器、第一模数转换器、第二模数转化器和误差分离模块，所述的第一耦合器的输入端用于接入射频输入信号，所述的第一耦合器的输出端用于连接超宽频带射频功率放大器的信号输入端，所述的第一耦合器的耦合端与所述的第一混频器的输入端连接，所述的第一混频器的输出端与所述的第一模数转换器的输入端连接，所述的第二耦合器的输入端用于连接超宽频带射频功率放大器的信号输出端，所述的第二耦合器的耦合端与所述的第一衰减器的输入端连接，所述的第一衰减器的输出端、所述的第一耦合器的耦合端和所述的第二混频器的输入端分别与所述的误差分离模块连接，所述的第二混频器的输出端与所述的第二模数转换器的输入端连接，所述的第一混频器和所述的第二混频器之间设置有本振模块，所述的本振模块给所述的第一混频器和所述的第二混频器提供本振信号。所述的误差分离模块包括移相器和合路器，所述的移相器的输入端与所述的第一耦合器的耦合端连接，所述的移相器的输出端与所述的合路器的ー个输入端连接，所述的第一衰减器的输出端与所述的合路器的另ー个输入端连接，所述的合路器的输出端与所述的第二混频器的输入端连接。所述的移相器的输入端与所述的第一耦合器的耦合端通过第二衰减器连接。所述的第一衰减器和所述的第二衰减器均为可变衰减器，所述的移相器为可调移相器。本发明解决上述技术问题所采用的另ー种技术方案为一种超宽频带射频功率放 大器非线性特性提取装置，包括第一耦合器、第二耦合器、第一混频器、第二混频器、第一衰减器、第一模数转换器、第二模数转化器和误差分离模块，所述的第一耦合器的输入端用于接入射频输入信号，所述的第一耦合器的输出端用于连接超宽频带射频功率放大器的信号输入端，所述的第一耦合器的耦合端与所述的第一混频器的输入端连接，所述的第一混频器的输出端与所述的第一模数转换器的输入端连接，所述的第二耦合器的输入端用于连接超宽频带射频功率放大器的信号输出端，所述的第二耦合器的耦合端与所述的第一衰减器的输入端连接，所述的第一衰减器的输出端与所述的第二混频器的输入端连接，所述的第ニ混频器的输出端、所述的第一混频器的输出端和所述的第二模数转换器的输入端分别与所述的误差分离模块连接，所述的第一混频器和所述的第二混频器之间设置有本振模块，所述的本振模块给所述的第一混频器和所述的第二混频器提供本振信号。所述的误差分离模块包括移相器和合路器，所述的移相器的输入端与所述的第一混频器的输出端连接，所述的移相器的输出端与所述的合路器的ー个输入端连接，所述的第二混频器的输出端与所述的合路器的另ー个输入端连接，所述的合路器的输出端与所述的第二模数转换器的输入端连接。所述的移相器的输入端与所述的第一混频器的输出端通过第二衰减器连接。所述的第一衰减器和所述的第二衰减器均为可变衰减器，所述的移相器为可调移相器。与现有技术相比，本发明的优点在于通过设置的误差分离模块对射频信号进行射频抵消，去除带内线性放大射频分量，或者对混频后的低中频信号进行中频抵消，去除带内线性放大的中频分量，可以分离出超宽频带射频功率放大器非线性引起的误差信号，由此得到的误差信号动态范围大大减小，因此可以利用转换精度小于11比特的高速模数转换器对该误差信号进行采样，这样在满足宽带采样需要的前提下，大大降低了对模数转换器的转换精度的要求，有效地降低宽带数字预失真技术对高速模数转换器转换精度的要求，可以降低成本，促进宽带无线通信技术的发展；
当误差分离模块仅包括移相器和合路器时，首先通过移相器将超宽频带射频功率放大器的信号输入端耦合出的信号移相180度，然后与超宽频带射频功率放大器的信号输出端耦合出的信号在合路器里进行矢量叠加，通过调整两路信号的幅度，抵消掉线性传输的未失真信号，从而分离出由于超宽频带射频功率放大器非线性引起的误差信号，由此得到的误差信号的动态范围将大大减小，因此可以利用转换精度小于11比特的高速模数转换器对该误差信号进行采样；
当误差分离模块中还设置有第二衰减器时，可以更精确地调节从超宽频带射频功率放大器的信号输入端和信号输出端耦合出来的信号之间的幅度平衡，使误差提取更加精确；当第一衰减器和第二衰减器均为可变衰减器，移相器为可调移相器时，可以精确调节超宽频带射频功率放大器的信号输入端耦合出的信号因耦合器等器件引起的相移，使该信号与超宽频带射频功率放大器的信号输出端耦合出的信号相位相差180°，更精确地抵消未失真信号，实现超宽频带射频功率放大器非线性特性的高精度提取。
图I为本发明的第一个技术方案的原理框图；
图2为本发明第一个技术方案的实施例一的原理框 图3为本发明第一个技术方案的实施例ニ的原理框 图4为本发明的第二个技术方案的原理框 图5为本发明第二个技术方案的实施例一的原理框 图6为本发明第二个技术方案的实施例ニ的原理框图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进ー步详细描述。本发明主要提供了两个技术方案，其中第一个技术方案为射频抵消方案如图I所示，一种超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置，包括第一耦合器I、第二耦合器
2、第一混频器3、第二混频器4、第一衰减器5、第一模数转换器6、第二模数转化器7和误差分离模块9,第一稱合器I的输入端用于接入射频输入信号RFl,第一稱合器I的输出端用于连接射频功放10 (即超宽频带射频功率放大器)的信号输入端，第一耦合器I的耦合端与第一混频器3的输入端连接,第一混频器3的输出端与第一模数转换器6的输入端连接，第二耦合器2的输入端用于连接射频功放10的信号输出端，第二耦合器2的耦合端与第一衰减器5的输入端连接，第一衰减器5的输出端、第一耦合器I的耦合端和第二混频器4的输入端分别与误差分离模块9连接，第二混频器4的输出端与第二模数转换器7的输入端连接，第一混频器3和第二混频器4之间设置有本振模块8，本振模块8给第一混频器3和第二混频器4提供本振信号。实施例一如图2所示，一种超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置，包括第一耦合器I、第二耦合器2、第一混频器3、第二混频器4、第一衰减器5、第一模数转换器6、第二模数转化器7和误差分离模块9,第一稱合器I的输入端用于接入射频输入信号RF1，第一耦合器I的输出端用于连接射频功放10 (即超宽频带射频功率放大器)的信号输入端，第一稱合器I的稱合端与第一混频器3的输入端连接,第一混频器3的输出端与第一模数转换器6的输入端连接，第二耦合器2的输入端用于连接射频功放10的信号输出端，第二耦合器2的耦合端与第一衰减器5的输入端连接，误差分离模块9包括移相器91和合路器92，移相器91的输入端与第一耦合器I的耦合端连接，移相器91的输出端与合路器92的ー个输入端连接,第一衰减器5的输出端与合路器92的另ー个输入端连接,合路器92的输出端与第二混频器4的输入端连接，第二混频器4的输出端与第二模数转换器7的输入端连接，第一混频器3和第二混频器4之间设置有本振模块8，本振模块8给第一混频器3和第二混频器4提供本振信号。上述具体实施例中，第一衰减器5可以为可变衰减器，移相器91可以为可调移相器。上述具体实施例中，第一模数转换器6可以采用转换速率为几百Msps，采样转换精度为12比特以上的高精度采样芯片，第二模数转换器7采用转换速率I Gsps以上，采样转换精度为8比特的低精度高速采样芯片。在采用本实施例中的一种超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置对超宽频带射频功率放大器的非线性特性进行提取时，第一耦合器I的输入端接入射频输入信号RF1，第一耦合器I的输出端连接射频功放10的信号输入端，第二耦合器2的输入端连接射频功放10的信号输出端，其工作原理为射频输入信号RFl在输入射频功放10前通过第一 率禹合器I稱合出第一射频信号RF3,第一射频信号RF3分为两路,一路直接输入第一混频器3中，另一路经过移相器91移相180度后输入合路器92的一个输入端，射频输入信号RFl在通过射频功放10后输出第二射频信号RF2 (即射频输入信号RFl失真后的信号)，第二射频信号RF2通过第二耦合器2耦合出第三射频信号RF4，第三射频信号RF4经过第一衰减器5衰减后输入合路器92的另ー个输入端，合路器92将接收到的两路信号进行矢量叠加后得到误差信号RF5并将其输入到第二混频器4中，第一射频信号RF3通过第一混频器3进行下变频得到第一低中频信号IF1，第一低中频信号IFl输入第一模数转换器6中进行数据采集，第一模数转换器6采集的数字信号为射频功放10的高精度无失真的原始输入信号；误差信号RF5通过第二混频器4进行下变频得到第二低中频信号IF2，第二低中频信号IF2输入第二模数转换器7中进行数据采集，此时，由于已经通过误差分离模块9分离出由射频功放10非线性引起的误差信号，因此得到的第二低中频信号IF2的动态范围大大减小，采样转换精度为8比特的低精度高速采样芯片即可成功实现采样，第二模数转换器7采集的数字信号为低精度大带宽的射频功放10的非线性特性信号，由此完成了射频功放10非线性特性的提取。实施例ニ 如图3所示，本实施例与实施例一基本相同，其区别仅在于移相器91的 输入端与第一耦合器I的耦合端通过第二衰减器93连接，当増加了第二衰减器93吋，
可以更精确地调节从射频功放10的信号输入端和信号输出端耦合出来的信号之间的幅度平衡，使得误差提取更加精确。上述具体实施例中，第一衰减器5和第二衰减器93可以均为可变衰减器，移相器91可以为可调移相器。
本发明的第二个技术方案为中频抵消方案如图4所示，一种超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置，包括第一耦合器I、第二耦合器2、第一混频器3、第二混频器4、第一衰减器5、第一模数转换器6、第二模数转化器7和误差分离模块9,第一稱合器I的输入端用于接入射频输入信号RF1，第一耦合器I的输出端用于连接射频功放10的信号输入端，第一稱合器I的稱合端与第一混频器3的输入端连接,第一混频器3的输出端与第一模数转换器6的输入端连接，第二耦合器2的输入端用于连接射频功放10的信号输出端，第二耦合器2的耦合端与第一衰减器5的输入端连接，第一衰减器5的输出端与第二混频器4的输入端连接，第二混频器4的输出端、第一混频器3的输出端和第二模数转换器7的输入端分别与误差分离模块9连接，第一混频器3和第二混频器4之间设置有本振模块8，本振模块8给第一混频器3和第二混频器4提供本振信号。实施例一如图5所示，一种超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置，包括第一耦合器I、第二耦合器2、第一混频器3、第二混频器4、第一衰减器5、第一模数转换器6、第二模数转化器7和误差分离模块9,第一稱合器I的输入端用于接入射频输入信号RF1，第一耦合器I的输出端用于连接射频功放10的信号输入端，第一耦合器I的耦合端与第一混频器3的输入端连接,第一混频器3的输出端与第一模数转换器6的输入端连接,第ニ耦合器2的输入端用于连接射频功放10的信号输出端，第二耦合器2的耦合端与第一衰减器5的输入端连接，第一衰减器5的输出端与第二混频器4的输入端连接，误差分离模块9包括移相器91和合路器92，移相器91的输入端与第一混频器3的输出端连接，移相器91的输出端与合路器92的ー个输入端连接,第二混频器4的输出端与合路器92的另ー个输入端连接，合路器92的输出端与第二模数转换器7的输入端连接，第一混频器3和第二混频器4之间设置有本振模块8，本振模块8给第一混频器3和第二混频器4提供本振信号。 上述具体实施例中，第一衰减器5可以为可变衰减器，移相器91可以为可调移相器。上述具体实施例中，第一模数转换器6可以采用转换速率为几百Msps、采样转换精度为12比特以上的高精度采样芯片，第二模数转换器7采用转换速率I Gsps以上、采样转换精度为8比特的低精度高速采样芯片。在采用本实施例中的一种超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置对超宽频带射频功率放大器的非线性特性进行提取时，第一耦合器I的输入端接入射频输入信号RF1，第一耦合器I的输出端连接射频功放10的信号输入端，第二耦合器2的输入端连接射频功放10的信号输出端，其工作原理为射频输入信号RFl在输入射频功放10前通过第一耦合器I耦合出第一射频信号RF3，第一射频信号RF3输入第一混频器3中进行下变频后得到第一低中频信号IF1，射频输入信号RFl通过射频功放10后输出第二射频信号RF2 (即射频输入信号RFl失真后的信号)，第二射频信号RF2通过第二耦合器2耦合出第三射频信号RF4，第三射频信号RF4经过第一衰减器5衰减后输入第二混频器4中进行下变频后得到第二低中频信号IF2，第一低中频信号IFl分为两路，一路直接输入第一模数转换器6中进行数据采集，第一模数转换器6采集的数字信号为射频功放10的高精度无失真的原始输入信号，一路经过移相器91移相180度后输入合路器92的一个输入端，第二低中频信号IF2输入合路器92的另ー个输入端，合路器92将接收到的两路信号进行矢量叠加后得到误差信号IF3并将其输出到第二模数转换器7中进行数据采集，此时，由于已经通过误差分离模块9分离出由于射频功放10非线性引起的误差信号，由此得到的误差信号IF3的动态范围大大减小，采样转换精度为8比特的低精度高速采样芯片即可成功实现采样，第二模数转换器7采集的数字信号为低精度大带宽的射频功放10的非线性特性信号，由此完成了射频功放10非线性特性的提取。实施例ニ 如图6所示，本实施例与实施例一基本相同，其区别仅在于移相器91的输入端与第一混频器3的输出端通过第二衰减器93连接，当増加了第二衰减器93吋，可以更精确地调节从功放输入和输出耦合出来的信号之间的幅度平衡，使得误差提取更加精确。上述具体实施例中，第一衰减器5和第二衰减器93可以均为可变衰减器，移相器91可以为可调移相器。 本发明中的耦合器、混频器、移相器、衰减器、合路器、本振模块和模数转换器均可以采用本技术领域的成熟产品。
权利要求
1.一种超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置，其特征在于包括第一耦合器、第二耦合器、第一混频器、第二混频器、第一衰减器、第一模数转换器、第二模数转化器和误差分离模块，所述的第一耦合器的输入端用于接入射频输入信号，所述的第一耦合器的输出端用于连接超宽频带射频功率放大器的信号输入端，所述的第一耦合器的耦合端与所述的第一混频器的输入端连接，所述的第一混频器的输出端与所述的第一模数转换器的输入端连接，所述的第二耦合器的输入端用于连接超宽频带射频功率放大器的信号输出端，所述的第二耦合器的耦合端与所述的第一衰减器的输入端连接，所述的第一衰减器的输出端、所述的第一耦合器的耦合端和所述的第二混频器的输入端分别与所述的误差分离模块连接，所述的第二混频器的输出端与所述的第二模数转换器的输入端连接，所述的第一混频器和所述的第二混频器之间设置有本振模块，所述的本振模块给所述的第一混频器和所述的第二混频器提供本振信号。
2.根据权利要求I所述的ー种超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置，其特征在于所述的误差分离模块包括移相器和合路器，所述的移相器的输入端与所述的第一耦合器的耦合端连接，所述的移相器的输出端与所述的合路器的ー个输入端连接，所述的第一衰减器的输出端与所述的合路器的另ー个输入端连接，所述的合路器的输出端与所述的第ニ混频器的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的ー种超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置，其特征在于所述的移相器的输入端与所述的第一耦合器的耦合端通过第二衰减器连接。
4.根据权利要求3所述的ー种超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置，其特征在于所述的第一衰减器和所述的第二衰减器均为可变衰减器，所述的移相器为可调移相器。
5.一种超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置，其特征在于包括第一耦合器、第二耦合器、第一混频器、第二混频器、第一衰减器、第一模数转换器、第二模数转化器和误差分离模块，所述的第一耦合器的输入端用于接入射频输入信号，所述的第一耦合器的输出端用于连接超宽频带射频功率放大器的信号输入端，所述的第一耦合器的耦合端与所述的第一混频器的输入端连接，所述的第一混频器的输出端与所述的第一模数转换器的输入端连接，所述的第二耦合器的输入端用于连接超宽频带射频功率放大器的信号输出端，所述的第二耦合器的耦合端与所述的第一衰减器的输入端连接，所述的第一衰减器的输出端与所述的第二混频器的输入端连接，所述的第二混频器的输出端、所述的第一混频器的输出端和所述的第二模数转换器的输入端分别与所述的误差分离模块连接，所述的第一混频器和所述的第二混频器之间设置有本振模块，所述的本振模块给所述的第一混频器和所述的第二混频器提供本振信号。
6.根据权利要求5所述的ー种超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置，其特征在于所述的误差分离模块包括移相器和合路器，所述的移相器的输入端与所述的第一混频器的输出端连接，所述的移相器的输出端与所述的合路器的ー个输入端连接，所述的第二混频器的输出端与所述的合路器的另ー个输入端连接，所述的合路器的输出端与所述的第ニ模数转换器的输入端连接。
7.根据权利要求6所述的ー种超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置，其特征在于所述的移相器的输入端与所述的第一混频器的输出端通过第二衰减器连接。
8.根据权利要求7所述的ー种超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置，其特征在于所述的第一衰减器和所述的第二衰减器均为可变衰减器，所述的移相器为可调移相器。
全文摘要
本发明公开了一种超宽频带射频功率放大器非线性特性提取装置，包括射频抵消方案和中频抵消方案，射频抵消方案将误差分离模块设置在第一耦合器的耦合端和第一衰减器的输出端，通过误差分离模块对射频信号进行射频抵消，去除带内线性放大射频分量，分离出误差信号，中频抵消方案将误差分离模块设置在第一混频器的输出端和第二混频器的输出端，通过误差分离模块对混频后的低中频信号进行中频抵消，去除带内线性放大的中频分量，分离出误差信号；优点是获得的误差信号动态范围大大减小，因此可以利用转换精度较小的高速模数转换器对该误差信号进行采样，大大降低了超宽频带射频功放非线性特性提取对高速模数转换器转换精度的要求。
文档编号H03M1/12GK102694550SQ20121015735
公开日2012年9月26日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者刘太君, 叶焱, 徐铁峰, 惠明, 聂秋华, 许高明 申请人:宁波大学