专利名称：前馈放大器的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及高功率线性放大器，并且尤其涉及使用前馈的控制系统，以降低高功率线性放大器的失真。
RF线性放大器使用的器件在较高功率级上呈现出非线性特性，这就引入了信号失真。例如，如果多于一个载波信号用于线性放大器，非线性特性引起不期望的被放大载波信号的多次交感，放大器输出包含互调制产物或失真。这些互调制产物引起的干扰，可能超过所建立的传输标准。
众所周知，互调制失真可以通过失真分量的负反馈来降低，或者通过分解放大器输出的失真分量和前馈失真分量以抵消放大器输出信号中的失真来降低。就这些技术而言，前馈技术改进最大。
图1是一个简化框图，表示了在美国专利号4,885,551中公布的前馈电路10。前馈电路10接收输入信号S，其在预先定义的频率范围中至少具有一个载波。输入信号S被分解成信号S(12a)和信号S(12b)，其中信号S(12a)和信号S(12b)表示输入信号S。为便于讨论，括弧中的数个引用在这里用于指示输出的信号源于哪个器件，以及括弧中的字母数字引用这里用于指示输出信号的器件具有多于一个输出。例如，信号S(12a)将指示它是分离器12的输出信号，以及它是来自分离器12的多个输出信号的一个。如果一个信号带有多于一个引用，引用的顺序将指示信号的路径。例如，信号(12a,14)将指示，首先它是分离器12的一个输出信号，然后是放大器14的输出信号。后面引用器件的输出信号是表示先前引用器件的信号，例如，信号(12a,14)是表示信号S(12a)。
信号S(12a)输入到第一或主电路路径，其具有放大信号S(12a)并引入失真信号D(14)的主放大器14。这样，主放大器14产生输出信号S(14)，其包括信号S(12a,14)和D(14)。信号S(14)输入到定向耦合器18，其使信号S(18a)和S(18b)分别传到延迟器22和抵消电路20，其中信号S(18a)包括信号S(12a,14,18a)和D(14,18a)，及信号S(18b)包括信号S(12a,14,18b)和D(14,18b)。信号S(18a)通过延迟器22延迟来产生输出信号S(22)，其包括S(12a,14,18a,22)和D(14,18a,22)。
信号S(12b)输入到第二电路路径，其中其通过延迟器16延迟以产生包括信号S(12b,16)的输出信号S(16)。在抵消电路20中信号S(12b,16)和信号S(18b)相加，形成输出信号S(20)。在抵消电路20中，信号S(12a,14,18b)(通过信号S(18b))被信号S(12b,16)抵消。这样，信号S(20)包括失真信号D(14,18b,20)。信号S(20)输入到校正放大器24，其放大信号S(20)并引入失真信号D(24)。注意失真信号D(24)在幅值上大约比失真信号D(14)小10,000倍。这样，校正放大器24产生包括失真信号D(14,18b,20,24)和D(24)的输出信号S(24)。在抵消电路26中信号S(24)与信号S(22)相加，产生输出信号S(26)。失真信号D(14,18b,20,24)(通过信号S(24))的幅值应约等于失真信号D(14,18a,22)的幅值使得失真信号D(14,18b,20,24)和D(14,18a,22)在抵消电路26中相互抵消。这样，信号S(26)包括S(12a,14,18a,22,26)和D(24,26)。事实上，通过使用具有较小幅值的失真信号D(24)替换表示失真信号D(14)(即D(14,18a,22))的信号，在输出信号S(26)中失真信号的幅值被减小。
在某些实例中，在输出信号S(26)中失真信号D(24,26)的幅值可以产生不被接收的失真等级。为进一步减小输出信号S(26)中失真信号的幅值，第二前馈电路可被合并到第一前馈电路中。图2显示了一个前馈电路28，其具有所合并的第一前馈电路10和第二前馈电路31。通过用较小幅值失真信号D(40)(由第二前馈电路31的放大器40产生)替换表示失真信号D(24)(即D(24,34a,35))的信号，第二前馈电路31降低了输出信号S(26)中的失真信号。这样，前馈电路28的输出信号S(26)包括信号S(12a,14,18a,22,26)和代表失真信号D(40)即D(40,42,26)的信号。
然而，这样的前馈电路28需要增加主电路上的时间延迟，这使得由于衰减的影响，而导致更高的损耗和更低的效率。因此，需要通过校正放大器来降低加在输出信号上的失真，并且不会增加主电路时间延迟。
本发明是一种前馈电路和方法，它通过放大器来降低加在前馈输出信号上的失真，并且不会增加前馈主电路时间延迟。这通过使用预失真电路包预失真信号引入到校正放大器的输入信号来实现。预失真信号用来抵消由校正放大器引入的失真信号。预失真信号与失真信号大约有相同的频率和幅值。但是，预失真信号的相位相对于失真信号大约差180，因此预失真信号与失真信号相加后相互抵消。
在本发明的一个实施例中，前馈电路包括一个第一或主电路路径和一个第二电路路径。具有载波信号的输入信号S输入到前馈电路并分解成信号S(a)和S(b)，它们分别输入主放大器和第一延迟器。主放大器放大信号S(a)，并引入失真信号D(主放大器)。这样，主放大器产生输出信号S(主放大器)，其包括放大后的信号S(a)和失真信号D(主放大器)。信号S(主放大器)输入到第二延迟器和第一抵消电路，第一抵消电路中信号S(主放大器)与延迟信号S(b)相加，产生包括失真信号D(主放大器)的输出信号S(抵消)，其中放大后的信号S(a)被延迟后的信号S(b)抵消。信号S(抵消)接着输入到预失真电路，产生预失真信号(预失真)。预失真电路产生输出信号S(预失真)，其包括失真信号D(主电路)和D(预失真)。信号S(预失真)被校正放大器放大，引入失真信号D(校正放大器)。失真信号D(校正放大器)与预失真信号D(预失真)的频率和幅值大致相同，而相位相差大约180。当在校正放大器相加后，失真信号D(校正放大器)和预失真信号D(预失真)相互抵消。这样，校正放大器产生输出信号S(校正放大器)，其包括放大后的失真信号D(主放大器)。信号S(校正放大器)接下来与延迟信号S(主放大器)在第二抵消电路相加，其中经过信号S(校正放大器)放大后的失真信号D(主放大器)输入到抵消经过延迟信号S(主放大器)的失真信号D(主放大器)。抵消电路(和前馈电路)输出信号包括放大后的信号S(a)。
根据下列描述，附加的权利要求书，以及附图，本发明的特色、特点和优势将可以更好地理解，其中图1描述前馈电路的框图；图2描述具有两个前馈的框图3描述根据本发明的前馈电路的框图；以及图4描述一个预失真电路例子的框图。
图3描述前馈电路100的框图在根据本发明定义的频率段内放大信号。前馈电路100的定向耦合器101连接输入信号S到第一电路路径和第二电路路径，其中输入信号S在预定义的频率段内包括一个或多个载波信号SC。第一电路路径包括增益和相位调节器105、主放大器110、定向耦合器113和130、抵消电路127以及延迟器119。第二电路路径包括延迟器103、抵消电路115、分离器117、增益和相位调节器122、预失真电路123以及校正放大器124。注意在应用时，名词“分离器”和“定向耦合器”可以理解成它们的等效产品。
定向耦合器101接收输入信号S，并输出信号S(101a)和S(101b)分别到第一电路路径和第二电路路径，此两者均代表输入信号S。在第一电路路径中，信号S(101a)的幅值和/或相位在增益相位放大器105(在控制器140的控制下)被调节，产生输出信号S(105)，其包括信号S(101a,105)。特别地，信号S(101a)增益和/或相位被调节，使得表示它的信号可以接下来用于抵消表示S(101b)的信号，如将在此描述的。主放大器110放大信号S(105)并引入失真信号D(110)，这样产生包括信号S(101a,105,110)和失真信号D(110)的输出信号S(110)。
定向耦合器113接收信号S(110)，并通过两信号S(113a)和S(113b)把它分别指向延迟器119和抵消电路115，其中信号S(113a)包括信号S(101a,105,110,113a)和失真信号D(110,113a)，信号S(113b)包括信号S(101a,105,110,113b)和失真信号D(110,113b)。延迟器119无失真地延迟信号S(113a)一段时间T119，以补偿信号通过抵消电路115，分离器117，增益相位调节器122，预失真电路123和校正放大器124的延时。延迟器119产生包括信号S(101a,105,110,113a,119)和失真信号D(110,113a,119)的输出信号S(119)。抵消电路127合并信号S(119)和校正放大器124的输出S(124)，产生输出信号S(127)，如将在此描述的。输出信号s(127)输出到定向耦合器130，其两路信号S(130a)和S(130b)分别输出到输出箭头132和控制器140。
在第二电路路径中，延迟器103无失真地延迟信号S(101b)一段时间T103，其中T103用以补偿信号经过增益相位调节器105、主放大器110以及定向耦合器113的延时。延迟器103产生包括信号S(101b,103)的输出信号S(103)。信号S(103)与信号S(130b)在抵消电路115处合并并产生输出信号S(115)。如果信号S(101a)的幅值和/或相位被增益相位放大器105适合地调节，则信号S(101a,105,110,113b)(经信号S(113b))被信号S(101b,103)(经信号S(103))抵消。这样当信号S(101a,105,110,113b)被信号S(101b,103)抵消时，信号S(115)实际上包括失真信号D(110,113b,115)。否则，信号S(115)包括失真信号D(110,113b,115)以及信号S(110b,103)和S(101a,105,110,113b)之间的差值。为应用的目的，在信号幅度小于可接收的门限值时，信号可以认为已被抵消。
信号S(115)输入到分离器117，分解成信号S(117a)和S(117b)，其中信号S(117a)包括D(110,113b,115,117a)以及S(117b)包括D(110,113b,115,117b)。注意，S(101b,103)与S(110,113b,115,117b)的相互抵消假设在抵消电路115发生。信号S(117a)和S(117b)分别指向增益相位调节器122和控制器140。信号S(117a)的幅值和/或相位在幅值相位调节器122(在控制器140控制下)被调节，并产生输出信号S(122)，其包括失真信号D(110,113b,115,117a,122)。特别地，信号S(117a)的增益和/或相位被调节，以使得表示它的信号可以接下来在抵消电路127中抵消失真信号D(110,113a,119)(经S(119))。
信号S(122)输入到预失真电路123，它引入预失真信号D(123)。这样预失真电路123产生输出信号S(123)，其包括失真信号D(110,113b,115,117a,122,123)和预失真信号D(123)。预失真电路123的主要目的在于引入预失真信号D(123)，以抵消失真信号D(124)，其由校正放大器124产生，也就是说，预失真信号D(123)与失真信号D(124)应有相同的频率和幅值，而相位正好相反(即，大约有180的相位差)。
校正放大器124放大信号S(123)并产生失真信号D(124)。然而，失真信号D(124)在校正放大器中被预失真信号D(123)(经信号S(123))抵消。这样，当失真信号D(123)被预失真信号D(124)抵消时，校正放大器124的输出信号(S(123))将完全包括失真信号D(110,113b,115,117a,122,123,124)。否则，信号S(124)包括失真信号D(110,113b,115,117a,122,123,124)以及失真信号D(123)和D(124)的差值。
信号S(124)在抵消电路127中与信号S(119)合并，并产生输出信号S(127)。信号S(117a)的幅值和/或相位被增益相位调节器122调节，以使得，失真信号D(110,113b,115,117a,122,123,124)(经信号S(124))抵消失真信号D(110,113a,119)(经信号S(119))。这样，当失真信号D(110,113b,115,117a,122,123,124)被D(110,113a,119)抵消时，信号S(127)主要包括信号S(101a,105,110,113a,119,127)，否则信号S(127)保括信号S(101a,105,110,113a,119,127)和信号D(127)，其中信号D(127)是失真信号D(110,113b,115,117a,122,123,124)与失真信号D(110,113a,119)的差值。
在控制器140的控制下，信号S(101a)和S(117a)的相位和/或幅值被增益相位调节器105和122，分别作合适地调节。特别地，控制器140扫描信号S(130b)(从定向耦合器经箭头134接收到)寻找载波信号Sc。回想一下，输入信号(以及其表示信号)包括一个或更多载波信号Sc。当在信号S(130b)检测到载波信号Sc时，控制器140测量信号S(117b)载波信号Sc的幅度(如，幅值和相位)。控制器140利用所测的载波信号Sc(在信号S(117b)中)的幅度控制增益相位调节器105调节信号S(101a)幅值和/或相位的方式，S(101a)包括载波信号Sc。特别地，信号S(101a)的幅值和/或相位被调节，以使得，载波信号Sc经过信号S(113b)被载波信号Sc经过S(103)在抵消电路127中抵消。
当在抵消电路127中抵消载波信号Sc后，控制器140扫描信号S(130b)寻找失真信号D(127)，如上所述，其为D(110,113b,115,117a,122,123,124)和D(110,113a,119)的差值。在检测到D(127)后，控制器140测量失真信号D(127)的幅度，并使增益相位调节器122调节信号S(117a)的幅值和/或相位，以使得，失真信号D(110,113b,115,117a,122,123,124)(在信号S(124)中)抵消失真信号D(110,113a,119)(在信号S(119)中)。
如前所述，被预失真电路123引入的预失真信号D(123)与失真信号D(124)具有大约相同的频率和幅值，而相位相反。图4表示了根据本发明可使用预失真电路123的例子。分离器201把信号S(122)信号分解成S(201a)和S(201b)，其中信号S(201a)和S(201b)是表示输入信号S(122)的信号。信号S(201a)和S(201b)分别作用于第一预失真电路路径和第二预失真电路路径。回想，信号S(122)包括失真信号D(110,113b,115,117a,122)。这样，信号S(201a)包括D(110,113b,115,117a,122,201a)，以及信号S(201b)包括D(110,113b,115,117a,122,201b)。
第一预失真电路路径包括增益相位调节器202，来改变信号S(201a)的幅值和/或相位，以产生输出信号S(202)；放大器206放大信号S(202)并引入失真信号D(206)，这样，产生输出信号S(206)；分离器208把信号S(206)分解成信号S(208a)和信号S(208b)；延迟器212使信号S(208a)延迟一段时间T212，以产生输出信号S(212)；及抵消电路218合并信号S(212)和第二预失真路径的信号S(216)，以产生与信号S(123)相同的输出信号S(218)。第二预失真电路路径包括延迟器204，延迟信号S(201b)一段时间T204，以产生输出信号S(204)；抵消电路210用于合并信号S(208b)和S(204)，以产生输出信号S(210)；增益和相位调节器214用于调节信号S(210)的幅制和/或相位以产生输出信号S(214)；及放大器216放大信号S(214)并引入失真信号S(216)以及，这样产生输出信号S(216)。注意时间延迟器204的时间延迟T204用于补偿信号通过增益和相位调节器202、放大器206和分离器208的延迟，而延迟器212的时间延迟T212用于补偿信号通过抵消电路210、增益和相位调节器214和放大器216的延迟。
在第一预失真电路路径中，增益和相位调节器202调节信号S(201a)幅值和/或相位，以产生信号S(202)，其包括信号S(201a，202)。特别地，增益和相位调节器202调节信号S(201a)，以使得在信号S(208b)中表示它(即信号S(208b)中的信号S(201a,202,206,208b))的信号可以接下来用于抵消抵消电路210中的信号S(204)。放大器206放大信号S(202)并引入失真信号D(206)以产生输出信号S(206)，其包括信号S(201a,202,206)和失真信号D(206)。注意放大器206和216是配对放大器，因此具有完全相同的失真特性。放大器206和216也具有完全等同于校正放大器124的失真特性的失真特性。或者说，放大器206、216和124将引入具有完全相同特性的失真信号。
分离器208把信号S(208a)和S(208b)指向延迟器212和抵消电路210，其中信号S(208a)包括信号S(201a,202,206,208a)和D(206,208a)，及信号S(208b)包括信号S(201a,202,206,208b)和D(206,208b)。信号S(208b)与包括信号S(210b,204)的信号S(204)在抵消电路210中合并，以产生输出信号S(210)。如果信号S(210a)的幅值和/或相位被增益和相位调节器202适当的调节，信号S(201a,202,206,208b)(在信号S(208b)中)抵消信号S(201b,204)(在信号S(204)中)。这样，输出信号S(210)完全包括信号D(206,208b,210)。
在第二预失真电路中，增益和相位调节器214用于调节信号S(210)的相位和/或幅值，以产生包括信号D(206,208b,210,214)的输出信号S(214)。特别地，信号S(210)的相位和幅值被调节以使得它可用于抵消失真信号D(216)、D(206,208a,212)和D(124)，这些已经或将被放大器216、206和124分别引入。例如，假定放大器216、206和124中的每一个具有一倍增益并产生大约相同的频率、幅值和相位的失真信号。那么增益和相位调节器214调节信号S(210)的相位以使得在其输出信号S(214)和失真信号D(216)、D(206,208a,212)和D(124)之间有180的相位偏差，并且调节信号S(210)的幅值以使得输出信号S(214)与失真信号D(216)、D(206,208a,212)和D(124)合并的幅值相同。
然后信号S(214)输入到放大器216以产生包括失真信号D(206、208b、210、214、216)的输出信号S(216)，其为失真信号D(206,208b,210,214)和D(216)(由放大器216引入)之间的差值——这就是，失真信号D(206,208b,210,214)过抵消失真信号D(216)。抵消电路218合并信号S(216)和S(212)以产生输出信号S(123)，其包括信号S(210a,202,206,208a,212,218)和失真信号D(206,208b,210,214,216,218)。信号S(210a,202,206,208a,212,218)成为失真信号D(110,113b,115,117a,122,123)，及失真信号D(206,208b,210,214,216,218)成为失真信号D(123)，其为失真信号D(206,208b,210,214,216)和D(206,208a,212)之间的差值。
尽管本发明已参考特定实例较为详细地作了描述，但其它的形式也是可能的。因此，本发明的精神和范围应不局限于这里所包括的实施例中的描述。
权利要求
1．一种放大输入信号S的方法，其特征在于如下步骤把输入信号S分解成信号S(a)和S(b)；放大信号S(a)用以产生信号S(主)，其具有失真信号D(主)和所放大的信号S(a)；把信号S(主)分解成第一信号S(主)和第二信号S(主)；延迟第一信号S(主)以产生延迟的第一信号S(主)；延迟第一信号S(b)以产生延迟的第一信号S(b)；合并延迟信号S(b)和第二信号S(主放大器)以产生信号S(抵消)，其具有代表失真信号D(主)的第一信号；使信号S(抵消)预失真，以产生信号S(预失真)，其具有失真信号D(预失真)和代表失真信号D(主)的第二信号；放大信号S(预失真)，以产生信号S(校正)，其具有代表失真信号D(主)的所放大的第二信号；以及合并信号S(校正)和延迟的第一信号S(主)，以产生信号S(输出)，其具有代表所放大的信号S(a)的信号。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于附加的步骤调整信号S(a)，以使得在合并时第二信号S(主)抵消延迟的信号S(b)。
3．根据权利要求2的方法，其特征在于调节信号S(a)的步骤包括步骤测量信号S(抵消)中载波信号的幅度。
4．根据权利要求1的方法，其特征在于附加的步骤调节信号S(抵消)，以使得信号S(校正)被延迟的第一信号S(主)抵消。
5．根据权利要求2的方法，其特征在于调节信号S(抵消)的步骤包括步骤测量信号S(输出)中代表信号D(主)的第三信号的幅度。
6．一种前馈电路，其特征在于包括第一定向偶合器，用于接收输入信号S并输出使用输入信号S的信号S(a)和S(b)；主放大器，用于放大信号S(a)，以产生信号S(主)，其具有失真信号D(主)和所放大的信号S(a)；第二定向偶合器，用于输出第一信号S(主)和使用信号S(主)的第二信号S(主)；第一延迟器，用于延迟第一信号S(主)以产生延迟的第一信号S(主)；第二延迟器，用于延迟信号S(b)以产生延迟的信号S(b)；第一抵消电路，用于合并延迟的信号S(b)和第二信号S(主放大器)，以产生信号S(抵消)，其具有代表失真信号D(主)的第一信号；预失真电路，用于使信号S(抵消)预失真，以产生具有失真信号D(预失真)的信号S(预失真)和表示失真信号D(主)的第二信号；校正放大器，用于放大信号S(预失真)，以产生信号S(校正)，其具有代表失真信号D(主)的放大的第二信号；以及第二抵消电路，用于合并信号S(校正)和延迟第一信号S(主)，以产生信号S(输出)，其具有代表放大的信号S(a)的信号。
7．根据权利要求6的前馈电路，其特征在于还包括增益和相位调节器，用于调整信号S(a)，以使得在合并时第二信号S(主)抵消延迟信号S(b)。
8．根据权利要求6的前馈电路，其特征在于还包括增益和相位调节器，用于调整信号S(抵消)，以使得信号S(校正)被延迟的第一信号S(主)抵消。
全文摘要
本发明是一种前馈电路和方法,用于减小由放大器增加到前馈输出信号的失真,同时不增加前馈电路主电路路径中的时间延迟。这通过使用预失真电路把预失真信号引入到校正放大器的输入来完成。预失真信号用于抵消将被校正放大器引入的失真信号。预失真信号与失真信号具有大约相同的频率和幅值。然而,预失真信号具有相对于失真信号大约180°相位差,以使得预失真信号和失真信号在合并时相互抵消。
文档编号H03F1/32GK1220516SQ98125338
公开日1999年6月23日 申请日期1998年12月18日 优先权日1997年12月19日
发明者罗伯特·伊万·迈尔 申请人:朗迅科技公司