射频多载波互调抑制装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种射频多载波互调抑制装置，包括上变频器、下变频器、耦合器、传输线、阻抗变换单元、传输延迟单元、预失真单元、带通滤波器、衰减器和功率放大器。调频多载波输入信号上变频到高频段后，通过在高频段进行射频预失真，再将预失真后的信号下变频到原频段通过功率放大和输出带通滤波器后由天线发射。该装置使用方便，能够显著降低调频多载波信号的互调失真，使得单一输出功率放大器在功率不回退的情况下放大多路射频信号得以实现，从而降低了系统体积和复杂度、节约了成本、降低了功耗，经济环保，适合推广使用。
【专利说明】射频多载波互调抑制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种射频广播发射系统，尤其涉及一种射频多载波互调抑制装置。
【背景技术】
[0002]随着我国广播事业的飞速发展，很多广播电台都在不断地增设射频电台。高效利用铁塔和天线，实现多频道共塔广播是有效增加电台数目的一种必然选择。然而，多频道之间会互调失真，互调是由器件特别是放大器的非线性失真引起的。偶数阶互调失真一般远离中频频率而很容易被滤除，而奇数阶互调失真中的一部分将紧靠在中频附近无法滤除，其中尤以三阶互调失真振幅最大，影响也最大，会导致信号频带扩展，造成临道干扰。如果有两个信号，这个时候存在的非线性有互调和交调，如果有输入信号的频率为π和f2，那么三阶互调频率为2fl - f2和2f2 - fl，当fl和f2很接近时，互调产物一般也落在信道内，高阶互调产物一般远离信道而很容易被滤除，但低阶互调，特别是三阶互调则紧挨信道，难以通过滤波器予以滤除，如何抑制互调失真以满足发射信号的质量要求则是一个技术难点。目前业内多采用多台发射机加射频多工器的方式来实现，但是这种方式体积庞大，结构复杂，建设改造成本高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，能够使单一输出功率放大器在功率不回退的情况下放大多路射频信号，能够有效抑制功率放大器的三阶互调干扰，从而有效地降低系统体积和复杂度，节约建设改造成本的射频多载波互调抑制装置。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的:一种射频多载波互调抑制装置，包括依次连接的输入上变频器、输入带通滤波器、输入耦合器、传输延迟单元、输出耦合器、输出下变频器、输出带通滤波器1、功率放大器、反馈耦合器、输出带通滤波器2，信号从输入上变频器输入，从输出带通滤波器2输出；
其中，所述输入耦合器的输出端为两路，输出耦合器的输入端为两路，传输延迟单元位于输入親合器的一路输出和输出親合器的一路输入间，输入親合器和输出親合器间还设有一预失真单元，所述预失真单元两端通过阻抗变换器与输入耦合器的另一路输出和输出耦合器的另一路输入相连；
所述反馈耦合器的输出端为两路，一路连接输出带通滤波器2，另一路通过反馈上变频器、反馈带通滤波器、衰减器和阻抗变换器连接到预失真单元；
多载波信号经输入上变频器、输入带通滤波器变换到高频域，由输入耦合器分为两路，一路经过传输延迟单元生成延迟信号，另一路经预失真单元生成一幅度为OdBm，相位为0°的初始预失真信号，初始预失真信号和延迟信号经输出耦合器耦合为一路信号，由输出下变频器和带通滤波器I变换回原频域；
变换回原频域的信号经功率放大器放大后，由反馈耦合器分为两路，其中一路通过输出带通滤波器2滤除高低频杂波后馈入天线发射；另一路经反馈上变频器、反馈带通滤波器变换到高频域，再依次经过衰减器进行信号强弱调节、阻抗变换器进行链路阻抗变换匹配，最终馈入预失真单元；
所述预失真单元根据输入耦合器输入的信号和反馈回的信号，控制输出预失真信号，使其与多载波信号经过功率放大器后的三阶互调失真信号频率相同，相位相反。
[0005]作为优选:所述预失真单元包括微处理器、与微处理器相连的射频信号校正器和误差量化器；误差量化器比较输入预失真单元的两路信号，量化后发送给微处理器，由微处理器控制射频信号校正器输出与功率放大器三阶互调的实际失真信号频率相同，相位相反的预失真信号。
[0006]作为优选:预失真单元的工作流程为:
(1)定义经输入耦合器输入的信号为输入信号、经衰减器输入的信号为反馈信号，预设输入信号和反馈信号的均方误差门限值Er，预失真信号最大幅度A dBm ;
(2)控制射频信号校正器生成幅度为OdBm，相位为0°的初始预失真信号，对输入耦合器输入的信号进行初步预失真；
(3)误差量化器获取输入信号和反馈信号，计算其均方误差Er’，送入微处理器中；
(4)微控制器读取误差量化器得出的均方误差Er’，如果Er’小于等于预设门限值Er则完成预失真，否则控制射频信号校正器依次生成相位以1°为步近，幅度以0.1dBm为步近逐步增加的预失真信号分别对输入信号进行预失真，并读取对应的均方误差Er’与预设门限值Er做比较，过程中一旦发现Er’小于等于Er则完成预失真，否则直到预失真信号的相位达到360°，幅度达到预设最大幅度A dBm，再选出整个过程中使得均方误差Er’最小时对应的预失真信号作为最终预失真信号。
[0007]与现有技术相比，本发明的优点在于:一、仅需要一台射频末级功放就可以放大多路射频信号，系统复杂度大大降低；二、仅对输入信号和微弱的反馈信号做处理，不需要体积庞大的大功率模块，使得真个系统的体积和成本大大降低，全自适应，能有效抑制射频多载波互调。
[0008]本发明能够有效避免器件因为非线性引起的失真，尤其是能消除器件三阶互调引起的信号失真，导致信号频带扩展，造成临道干扰的问题。本发明中，多载波信号经过功率放大器会产生非线性失真，尤其是三阶互调失真振幅最大，影响也最大，难以通过滤波器予以滤除，会导致信号频带扩展，造成临道干扰，本发明将调频多载波输入信号上变频到高频段后，通过在高频段进行射频预失真，再将预失真后的信号下变频到低频频段通过功率放大和输出带通滤波器后由天线发射，其中预失真信号是根据功率放大器输出的三阶互调失真信号进行调整的，调整后的预失真信号与功率放大器的三阶互调失真信号，尽量达到频率相同，相位相反，两信号相互抵消，从而达到互调抑制的效果。本发明使用方便，能够显著降低调频多载波信号的互调失真，使得单一输出功率放大器在功率不回退的情况下放大多路射频信号得以实现，从而降低了系统体积和复杂度、节约了成本、降低了功耗，经济环保，适合推广使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明的原理框图；
图2为图1中A点的频谱图； 图3为图1中B点的频谱图；
图4为图1中C点的频谱图；
图5为图1中D点的频谱图；
图6为图1中E点的频谱图；
图7为图1中F点的频谱图；
图8为图1中G点的频谱图；
图9为图1中H点的频谱图；
图10为图1中I点的频谱图；
图11为预失真单元的信号处理流程图。
【具体实施方式】
[0010]下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0011]实施例1:参见图1，一种射频多载波互调抑制装置，包括依次连接的输入上变频器、输入带通滤波器、输入耦合器、传输延迟单元、输出耦合器、输出下变频器、输出带通滤波器1、功率放大器、反馈耦合器、输出带通滤波器2，信号从输入上变频器输入，从输出带通滤波器2输出；
其中，所述输入耦合器的输出端为两路，输出耦合器的输入端为两路，传输延迟单元位于输入親合器的一路输出和输出親合器的一路输入间，输入親合器和输出親合器间还设有一预失真单元，所述预失真单元两端通过阻抗变换器与输入耦合器的另一路输出和输出耦合器的另一路输入相连；
所述反馈耦合器的输出端为两路，一路连接输出带通滤波器2，另一路通过反馈上变频器、反馈带通滤波器、衰减器和阻抗变换器连接到预失真单元；
多载波信号经输入上变频器、输入带通滤波器变换到高频域，由输入耦合器分为两路，一路经过传输延迟单元生成延迟信号，另一路经预失真单元生成一幅度为OdBm，相位为0°的初始预失真信号，初始预失真信号和延迟信号经输出耦合器耦合为一路信号，由输出下变频器和带通滤波器I变换回原频域；
变换回原频域的信号经功率放大器放大后，由反馈耦合器分为两路，其中一路通过输出带通滤波器2滤除高低频杂波后馈入天线发射；另一路经反馈上变频器、反馈带通滤波器变换到高频域，再依次经过衰减器进行信号强弱调节、阻抗变换器进行链路阻抗变换匹配，最终馈入预失真单元；
所述预失真单元根据输入耦合器输入的信号和反馈回的信号，控制输出预失真信号，使其与多载波信号经过功率放大器后的三阶互调失真信号频率相同，相位相反。
[0012]下面我们以调频频段(87MHz — 108MHz)的两个具体容易产生互调的频率为例，来说明本发明如何抑制互调，参见图到图2到图9。
[0013]附图中fl和f2可以为调频频段(87MHz—108MHz)间的任意两个间隔在500KHz以上的频率，这里取f l=88MHz，f2=88.5MHz ；fL为上下变频器的本振信号频率，取fL=700MHz。
[0014]参见图1，频率为fl=88MHz，f2=88.5MHz的双载波信号由输入上变频器的输入端输入，输入信号的频谱图如图2所示。该输入信号经输入上变频器变换到高频域。图3所示为通过输入上变频器后的信号频谱图，其中主要包含了输入信号fl=88MHz、f2=88.5MHz，本振信号 fL=700MHz，变频信号 fL_f l=612MHz、fL-f2=611.5、fL+f l=788MHz、fL+f2=788.5MHz。从输入上变频器输出的信号馈入输入带通滤波器滤除fl、f2、fL、fL_fl、fL-f2等杂波信号，保留fL+f I和fL+f2这两个高频信号，具体参见图4。
[0015]以上描述为输入双载波信号经输入上变频器、输入带通滤波器变换到高频域后的情形。
[0016]变换到高频域的双载波信号通过输入耦合器分为两路。其第一路通过传输延迟单元以补偿由预失真单元造成的传输延迟；第二路通过传输线、阻抗变换馈入预失真单元。
[0017]此时，预失真单元会产生一个幅度为OdBm，相位为0°的初始预失真信号，也就是理论预失真信号，对输入耦合器输入的信号进行初步预失真，初始预失真信号和传输延迟单元输出的信号耦合为一路后，下变频回原频域，经过功率放大器放大，再分为两路，一路通过输出带通滤波器2滤除高低频杂波后馈入天线发射，一路上变频后，反馈回预失真单元，预失真单元将反馈回来的信号和输入耦合器输入的信号进行比较，多次比较后，最后生成一个稳定的预失真信号，使其尽可能与功率放大器三阶互调的实际失真信号频率相同，相位相反，参见图5。图5所示为预失真信号频谱图，其中包含fL+2fl-f2=787.5MHz、fL+2f2-fl=789MHz两个频率成份，该信号经阻抗变换和传输线后通过输出耦合器同传输延迟单元的输出信号合成预失真后的信号，其频谱图如图6所示。
[0018]输出耦合器输出的预失真后的信号经过输出下变频器、输出带通滤波器I变换回低频域其信号频谱如图7所示，其中包含输入载波信号fl=88MHz、f2=88.5MHz、预失真信号2fl-f2=87.5MHz、2f2-fl=89MHz，其预失真信号频率正好等于载波fl=88MHz和f2=88.5MHz的互调频率，通过功率放大器预失真信号将与fl=88MHz和f2=88.5MHz的互调相互抵消，从而达到互调抑制的目的。功率放大器输出信号的频谱如图8所示，其中包含了原信号 fl=88MHz、f2=88.5MHz，2 次谐波 2f l=176MHz、2f2=177MHz，3 次谐波 3fl=264MHz、3f2=265.5MHz 等高次谐波和幅度很小的互调 2fl_f2=87.5MHz、2f2-fl=89MHz。
[0019]功率放大器输出的信号再依次经过反馈耦合器、输出带通滤波器2滤除高次谐波等杂波得到最终输出信号，其频谱如图10所示，其中只存在幅度很小的互调2fl-f2=87.5MHz,2f2-fl=89MHzo
[0020]图9所示为变换到高频域后的反馈信号频谱图，其是在图8的基础上进行变换的。
[0021]本发明中，如何根据未知的功率放大器的三阶互调失真信号，产生稳定的预失真信号来抵消它，方法如下:所述预失真单元包括微处理器、与微处理器相连的射频信号校正器和误差量化器；误差量化器比较输入预失真单元的两路信号，量化后发送给微处理器，由微处理器控制射频信号校正器输出与功率放大器三阶互调的实际失真信号频率相同，相位相反的预失真信号。预失真单元的工作流程为:
(1)定义经输入耦合器输入的信号为输入信号、经衰减器输入的信号为反馈信号，预设输入信号和反馈信号的均方误差门限值Er，预失真信号最大幅度A dBm，实际调制中，Er和A的具体数值可以根据实际情况选择；
(2)控制射频信号校正器生成幅度为OdBm，相位为0°的初始预失真信号，对输入耦合器输入的信号进行初步预失真；
(3)误差量化器获取输入信号和反馈信号，计算其均方误差Er’，送入微处理器中；
(4)微控制器读取误差量化器得出的均方误差Er’，如果Er’小于等于预设门限值Er则完成预失真，否则控制射频信号校正器依次生成相位以1°为步近，幅度以0.1dBm为步近逐步增加的预失真信号分别对输入信号进行预失真，并读取对应的均方误差Er’与预设门限值Er做比较，过程中一旦发现Er’小于等于Er则完成预失真，否则直到预失真信号的相位达到360°，幅度达到预设最大幅度A dBm，再选出整个过程中使得均方误差Er’最小时对应的预失真信号作为最终预失真信号。
[0022]此最终预失真信号，就是本发明中预失真单元最终产生的稳定的信号。
【权利要求】
1.一种射频多载波互调抑制装置，其特征在于:包括依次连接的输入上变频器、输入带通滤波器、输入耦合器、传输延迟单元、输出耦合器、输出下变频器、输出带通滤波器1、功率放大器、反馈耦合器、输出带通滤波器2，信号从输入上变频器输入，从输出带通滤波器2输出； 其中，所述输入耦合器的输出端为两路，输出耦合器的输入端为两路，传输延迟单元位于输入親合器的一路输出和输出親合器的一路输入间，输入親合器和输出親合器间还设有一预失真单元，所述预失真单元两端通过阻抗变换器与输入耦合器的另一路输出和输出耦合器的另一路输入相连； 所述反馈耦合器的输出端为两路，一路连接输出带通滤波器2，另一路通过反馈上变频器、反馈带通滤波器、衰减器和阻抗变换器连接到预失真单元； 多载波信号经输入上变频器、输入带通滤波器变换到高频域，由输入耦合器分为两路，一路经过传输延迟单元生成延迟信号，另一路经预失真单元生成一幅度为OdBm，相位为0°的初始预失真信号，初始预失真信号和延迟信号经输出耦合器耦合为一路信号，由输出下变频器和带通滤波器I变换回原频域； 变换回原频域的信号经功率放大器放大后，由反馈耦合器分为两路，其中一路通过输出带通滤波器2滤除高低频杂波后馈入天线发射；另一路经反馈上变频器、反馈带通滤波器变换到高频域，再依次经过衰减器进行信号强弱调节、阻抗变换器进行链路阻抗变换匹配，最终馈入预失真单元； 所述预失真单元根据输入耦合器输入的信号和反馈回的信号，控制输出预失真信号，使其与多载波信号经过功率放大器后的三阶互调失真信号频率相同，相位相反。
2.根据权利要求1所述的射频多载波互调抑制装置，其特征在于:所述预失真单元包括微处理器、与微处理器相连的射频信号校正器和误差量化器；误差量化器比较输入预失真单元的两路信号，量化后发送给微处理器，由微处理器控制射频信号校正器输出与功率放大器三阶互调的实际失真信号频率相同，相位相反的预失真信号。
3.根据权利要求2所述的射频多载波互调抑制装置，其特征在于:预失真单元的工作流程为: (1)定义经输入耦合器输入的信号为输入信号、经衰减器输入的信号为反馈信号，预设输入信号和反馈信号的均方误差门限值Er，预失真信号最大幅度A dBm ; (2)控制射频信号校正器生成幅度为OdBm，相位为0°的初始预失真信号，对输入耦合器输入的信号进行初步预失真； (3)误差量化器获取输入信号和反馈信号，计算其均方误差Er’，送入微处理器中； (4)微控制器读取误差量化器得出的均方误差Er’，如果Er’小于等于预设门限值Er则完成预失真，否则控制射频信号校正器依次生成相位以1°为步近，幅度以0.1dBm为步近逐步增加的预失真信号分别对输入信号进行预失真，并读取对应的均方误差Er’与预设门限值Er做比较，过程中一旦发现Er’小于等于Er则完成预失真，否则直到预失真信号的相位达到360°，幅度达到预设最大幅度A dBm，再选出整个过程中使得均方误差Er’最小时对应的预失真信号作为最终预失真信号。
【文档编号】H04L27/26GK104486282SQ201410769711
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】姚成松, 徐中强 申请人:成都康特数字广播电视设备有限公司