专利名称：一种基于导频技术的前馈功率放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种放大器，具体涉及一种基于导频技术的高效率前馈功率放 大器；
背景技术：
传统的前馈功率放大器与基于数字预失真技术的放大器相比主要的缺点在于前 馈功放的效率比较低，只有基于数字预失真技术的高效率功放效率的一半左右，而且有 效工作带宽比较窄，自适应能力较差。然而在有些应用场合特别是在无线网络覆盖优 化的场合前馈功放的应用又是不可或缺的，因此对前馈功放进行改进，既能有较高的效 率、同时有能有较强的自适应能力和比较宽的工作带宽对前馈功放的设计来说是个较大 的挑战。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种基于导频技术的前馈功率放大器，该放大器能 实现对移动通信频段的射频信号的高效率和高线性放大。为实现上述目的，本实用新型的技术方案是一种基于导频技术的前馈功率 放大器，其特征在于它由第一调幅器、第一调相器、功分器、主放大电路、第一延 时线、第一耦合器、第一合路器、第二延时线、误差放大电路、第二合路器、第二耦合 器、隔离器、检测与控制电路组成；所述的检测与控制电路包括第一至第三检测端， 第一至第三调幅控制端，第一至第三调相控制端，和导频信号输出端；其中被放大信 号输入到第一调幅器，第一调幅器输出端接第一调相器的输入端，第一调相器的输出端 接功分器的输入端，功分器的第二输出端接第一延时线的输入端，功分器的第一输出端 接主放大电路的输入端，主放大电路的输出端接第一耦合器的输入端，第一耦合器的第 一输出端接延第二延时线的输入端，第一耦合器的第二输出端接第一合路器的第二输入 端，第一延时线的输出端接第一合路器的第一输入端，第一合路器的输出端接误差放大 电路的输入端，误差放大电路的输出端接第二合路器的第二输入端，第二延时线的输出 端接第二合路器的第一输入端，第二合路器的输出端接第二耦合器的输入端，第二耦合 器的第一输出端接隔离器的输入端，第二耦合器第二输出端接检测与控制电路的第一检 测端，隔离器的输出端输出被放大信号，隔离器的隔离端接检测与控制电路的第二检测 端，第一调幅器的控制端接检测与控制电路的第一调幅控制端，第一调相器的控制端接 检测与控制电路的第一调相控制端。按上述方案，所述的主放大电路由模拟预失真电路，第三耦合器，第二调幅 器，第一驱动放大器，第二调相器，第二驱动放大器，第三驱动放大器，第四驱动放大 器，主放大电路末级放大单元的各输入端和输出端顺次联接构成；其中第三耦合器的耦 合端接检测与控制电路的导频信号输出端；第二调幅器的控制端接检测与控制电路的第 二调幅控制端；第二调相器的控制端接检测与控制电路的第二调相控制端。[0006]按上述方案，所述的主放大电路末级放大单元由4个Doherty放大电路合路构 成，其中每个Doherty放大电路由第四耦合器、载波放大器，峰值放大器，90°延时线和 阻抗变换线组成；其中第四耦合器的两个输出端分别接载波放大器和峰值放大器；载波 放大器经90°延时线后与峰值放大器的输出端共同联接阻抗变换线。按上述方案，所述的误差放大电路由第五驱动放大器，第五耦合器，第三调幅 器，第六驱动放大器，第三调相器，第七驱动放大器，误差放大电路末级放大单元的各 输入端和输出端顺次联接构成；其中第五耦合器的耦合输出端接检测与控制电路的第三 检测端；第三调幅器的控制端接检测与控制电路的第三调幅控制端；第三调相器的控制 端接检测与控制电路的第三调相控制端连接。按上述方案，所述的检测与控制电路包括数据采集与处理单元，频踪，调制 器，第六耦合器，混频器，低通滤波器，低噪声放大电路，第一检波器，第二检波器， 第三检波器，第四检波器；其中第六耦合器的输入端为第一检测端，第六耦合器的输出 端接混频器的第一输入端，第六耦合器的耦合端接第二检波器的输入端，第二检波器的 输出端接数据采集与处理单元的第二数据端，频踪的第一频率输出端接调制器的参考输 入口，数据采集与处理单元的I/Q信号输出口接调制器的I/Q调制信号输入口，调制器的 输出端为所述的导频信号输出端；频踪的第二频率输出端接混频器的第二输入端，混频 器的输出端接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端接低噪声放大电路的输入端， 低噪声放大电路的输出端接第一检波器的输入端，第一检波器的输出端接数据采集与处 理单元的第一数据端；第三检波器的输入端为所述的第二检测端，第三检波器的输出端 接数据采集与处理单元的第三数据端；第四检波器的输入端为第三检测端，第四检波器 的输出端接数据采集与处理单元的第四数据端，数据采集与处理单元的6个输出端分别 为所述的第一至第三调幅控制端和第一至第三调相控制端。本实用新型的工作过程为被放大射频信号经过第一调幅器、第一调相器后输 入到功分器，功分器将被放大射频信号分成幅度相等，相位相差-90°的两路信号，其 中一路信号输入到主放大电路，另一路信号输入到第一延时线，输入到主放大电路中的 射频信号模拟预失真电路产生预失真成分，然后分别经过第二调幅器、第二调相器，对 信号的幅度和相位进行调节，使得信号经过主放大电路后产生的失真尽可能地小，主放 大电路的输出信号一部分通过第一耦合器耦合出来用于和经过第一延时线后的信号做减 法，另一路信号经过第二延时线后输出到功放的输出端，第一减法器将相减后的误差信 号输出到误差放大电路，误差发放大电路中对误差信号的幅度进行检测，用于作为控制 主放大电路中的调幅器和调相器的参考，同样误差信号经过第三调幅器和第三调相器后 进行放大，第三调幅和调相器的主要作用是对误差信号的幅度和相位进行调节，已使得 误差放大器能输出一个幅度和主放大器输出信号中失真信号幅度相等，相位相差180°的 误差信号，最后误差放大器的输出信号和经过第二延时线输出的主放大电路输出信号进 行相减，将主信号中的误差信号消除，达到进行现行校准的目的。本实用新型的有益效果为1、功放整机效率可达20%以上；2、功放的有效工 作带宽为20MHz，信号的载波在20MHz工作带宽内可任意配置；3、对于GSM信号最多 12载波的高线性放大，这种条件下IM3可达-65dBc以上；4、可广泛应用于窄带移动通 信系统基站功率放大器。
图1为本实用新型一实施例的原理框图；图2为本实用新型主放大电路的原理框图；图3为本实用新型中主放大电路中的末级放大电路的原理框图；图4为本实用新型中误差放大电路的电路原理框图；图5为本实用新型中检测与控制电路的电路原理框图。图中1-第一调幅器，2-第一调相器，3-功分器，4-主放大电路，5-第一延 时线，6-第一耦合器，7-第一合路器，8-第二延时线，9-误差放大电路，10-第二合路 器，11-第二耦合器，12-隔离器，13-检测与控制电路，14-模拟预失真电路，15-第三 耦合器，16-第二调服器，17-第一驱动放大器，18-第二调相器，19-第二驱动放大器， 20-第三驱动放大器，21-第四驱动放大器，22-主放大电路末级放大单元，23-第四耦 合器，24-载波放大器，25-峰值放大器，26-90°延时线，27-阻抗变换线，28-第五驱 动放大器，29-第五耦合器，30-第三调幅器，31-第六驱动放大器，32-第三调相器， 33-第七驱动放大器，34-误差放大电路末级放大单元，35-数据采集与处理单元，36-频 踪，37-调制器，38-第六耦合器，39-混频器，40-低通滤波器，41-底噪声放大电路， 42-第一检波器，43-第二检波器，44-第三检波器，45-第四检波器。
具体实施方式
图1为本实用新型一实施例的原理框图，它由第一调幅器1、第一调相器2、功 分器3、主放大电路4、第一延时线5、第一耦合器6、第一合路器7、第二延时线8、误 差放大电路9、第二合路器10、第二耦合器11、隔离器12、检测与控制电路13组成； 其中被放大信号输入到第一调幅器1，第一调幅器1输出端接第一调相器2的输入端，第 一调相器2的输出端接功分器3的输入端，功分器3的第二输出端接第一延时线5的输入 端，功分器3的第一输出端接主放大电路4的输入端，主放大电路4的输出端接第一耦合 器6的输入端，第一耦合器6的第一输出端接延第二延时线8的输入端，第一耦合器6的 第二输出端接第一合路器7的第二输入端，第一延时线5的输出端接第一合路器7的第一 输入端，第一合路器7的输出端接误差放大电路9的输入端，误差放大电路9的输出端接 第二合路器10的第二输入端，第二延时线8的输出端接第二合路器10的第一输入端，第 二合路器10的输出端接第二耦合器11的输入端，第二耦合器11的第一输出端接隔离器 12的输入端，第二耦合器11第二输出端接检测与控制电路13的第一检测端Cl，隔离器 的输出端输出被放大信号，隔离器的隔离端接检测与控制电路13的第二检测端C2。图2为本实用新型主放大电路的原理框图，由模拟预失真电路14，第三耦合器 15，第二调幅器16，第一驱动放大器17，第二调相器18，第二驱动放大器19，第三驱动 放大器20，第四驱动放大器21，主放大电路末级放大单元22的各输入端和输出端顺次联 接构成；其中第三耦合器15的耦合端接检测与控制电路13的导频信号输出端D ；第二调 幅器16的控制端接检测与控制电路13的第二调幅控制端A2 ；第二调相器18的控制端接 检测与控制电路13的第二调相控制端φ2。所述的主放大电路末级放大单元22由4个Doherty放大电路合路构成，其中每个 Doherty放大电路的构成如图3所示，由第四耦合器23、载波放大器24，峰值放大器25，
690°延时线26和阻抗变换线27组成；其中第四耦合器23的两个输出端分别接载波放大 器24和峰值放大器25;载波放大器24经90°延时线26后与峰值放大器25的输出端共 同联接阻抗变换线27。图4为本实用新型中误差放大电路的电路原理框图，由第五驱动放大器28，第 五耦合器29，第三调幅器30，第六驱动放大器31，第三调相器32，第七驱动放大器33， 误差放大电路末级放大单元34的各输入端和输出端顺次联接构成；其中第五耦合器29的 耦合输出端接检测与控制电路13的第三检测端C3 ；第三调幅器30的控制端接检测与控 制电路13的第三调幅控制端A3 ；第三调相器32的控制端接检测与控制电路13的第三调 相控制端屮3。图5为本实用新型中检测与控制电路的电路原理框图，包括数据采集与处理单 元35，频踪36，调制器37，第六耦合器38，混频器39，低通滤波器40，低噪声放大电 路41，第一检波器42，第二检波器43，第三检波器44，第四检波器45;其中第六耦合 器38的输入端为第一检测端Cl，第六耦合器38的输出端接混频器39的第一输入端，第 六耦合器38的耦合端接第二检波器43的输入端，第二检波器43的输出端接数据采集与 处理单元35的第二数据端AD2，频踪36的第一频率输出端接调制器37的参考输入口， 数据采集与处理单元35的I/Q信号输出口接调制器37的I/Q调制信号输入口，调制器37 的输出端为所述的导频信号输出端D ；频踪36的第二频率输出端接混频器39的第二输入 端，混频器39的输出端接低通滤波器40的输入端，低通滤波器40的输出端接低噪声放 大电路41的输入端，低噪声放大电路41的输出端接第一检波器42的输入端，第一检波 器42的输出端接数据采集与处理单元35的第一数据端ADl ；第三检波器44的输入端为 所述的第二检测端C2，第三检波器44的输出端接数据采集与处理单元35的第三数据端 AD3 ；第四检波器45的输入端为第三检测端C3，第四检波器45的输出端接数据采集与 处理单元35的第四数据端AD4，数据采集与处理单元35的6个输出端分别为所述的第一 至第三调幅控制端Al、A2、A3，和第一至第三调相控制端φ1、φ2、φ3。φ1、φ2、φ3 分别输出3路控制信号控制第一、第二、第三调相器，Al、Α2、A3分别输出3路控制 信号控制第一、第二、第三调幅器。本实施例以GSM移动通信通信网络的基站功率放大器实例，最大载波数为6载 波，额定输出功率为150W;工作频段为930ΜΗζ-960ΜΗζ。其中功分器1选用ANAREN公司的XC0900A-3S，耦合器4与第一延时线5选 用ANAREN公司的XC0450L-3S，第一驱动放大器选用的是RFMD公司的RF3315， 第二驱动放大器选用的是AVGO公司的SBB-5089，第三驱动放大器选用的是Freescale 的MGA30689，第四驱动放大器选用的是Freescale的MW6S004NBR1，第五驱动放大 器和主放大电路的末级放大单元选用的都是Freescale的MRFE6S9125NBR1，第六、第 七驱动放大器选用的是Minicircuits公司的GCA-84，第八驱动放大器选用的是选用的 是Freescale公司的MW6IC915NBR1，误差放大电路末级放大单元选用的是Freescale 的MRFE6S9125NBR1，ADI公司的ADF4360-7，混频器选用的是Hittite公司的 HMC207S8,调制器选用的是TI公司的TRF3703。
权利要求1.一种基于导频技术的前馈功率放大器，其特征在于它由第一调幅器(1)、第一调 相器(2)、功分器(3)、主放大电路(4)、第一延时线(5)、第一耦合器(6)、第一合路器 (7)、第二延时线(8)、误差放大电路(9)、第二合路器(10)、第二耦合器(11)、隔离器(12)、检测与控制电路(13)组成；所述的检测与控制电路(13)包括第一至第三检测端， 第一至第三调幅控制端，第一至第三调相控制端，和导频信号输出端；其中被放大信号 输入到第一调幅器(1)，第一调幅器(1)输出端接第一调相器(2)的输入端，第一调相器 (2)的输出端接功分器(3)的输入端，功分器(3)的第二输出端接第一延时线(5)的输入 端，功分器(3)的第一输出端接主放大电路(4)的输入端，主放大电路(4)的输出端接第 一耦合器(6)的输入端，第一耦合器(6)的第一输出端接延第二延时线(8)的输入端，第 一耦合器(6)的第二输出端接第一合路器(7)的第二输入端，第一延时线(5)的输出端接 第一合路器(7)的第一输入端，第一合路器(7)的输出端接误差放大电路(9)的输入端， 误差放大电路(9)的输出端接第二合路器(10)的第二输入端，第二延时线(8)的输出端 接第二合路器(10)的第一输入端，第二合路器(10)的输出端接第二耦合器(11)的输入 端，第二耦合器(11)的第一输出端接隔离器(12)的输入端，第二耦合器(11)第二输出 端接检测与控制电路(13)的第一检测端，隔离器的输出端输出被放大信号，隔离器的隔 离端接检测与控制电路(13)的第二检测端，第一调幅器(1)的控制端接检测与控制电路(13)的第一调幅控制端，第一调相器(2)的控制端接检测与控制电路(13)的第一调相控 制端。
2.根据权利要求1所述的基于导频技术的前馈功率放大器，其特征在于所述的主 放大电路(4)由模拟预失真电路(14)，第三耦合器(15)，第二调幅器(16)，第一驱动放 大器(17)，第二调相器(18)，第二驱动放大器(19)，第三驱动放大器(20)，第四驱动放 大器(21)，主放大电路末级放大单元(22)的各输入端和输出端顺次联接构成；其中第三 耦合器(15)的耦合端接检测与控制电路(13)的导频信号输出端；第二调幅器(16)的控 制端接检测与控制电路(13)的第二调幅控制端；第二调相器(18)的控制端接检测与控制 电路(13)的第二调相控制端。
3.根据权利要求2所述的基于导频技术的前馈功率放大器，其特征在于所述的主 放大电路末级放大单元(22)由4个Doherty放大电路合路构成，其中每个Doherty放大电 路由第四耦合器(23)、载波放大器(24)，峰值放大器(25)，90°延时线(26)和阻抗变换 线(27)组成；其中第四耦合器(23)的两个输出端分别接载波放大器(24)和峰值放大器 (25)；载波放大器(24)经90°延时线(26)后与峰值放大器(25)的输出端共同联接阻抗 变换线(27)。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于导频技术的前馈功率放大器，其特征在于所 述的误差放大电路(9)由第五驱动放大器(28)，第五耦合器(29)，第三调幅器(30)，第 六驱动放大器(31)，第三调相器(32)，第七驱动放大器(33)，误差放大电路末级放大单 元(34)的各输入端和输出端顺次联接构成；其中第五耦合器(29)的耦合输出端接检测与 控制电路(13)的第三检测端；第三调幅器(30)的控制端接检测与控制电路(13)的第三 调幅控制端；第三调相器(32)的控制端接检测与控制电路(13)的第三调相控制端连接。
5.根据权利要求1或2或3所述的基于导频技术的前馈功率放大器，其特征在于所 述的检测与控制电路(13)包括数据采集与处理单元(35)，频踪(36)，调制器(37)，第六耦合器(38)，混频器(39)，低通滤波器(40)，低噪声放大电路(41)，第一检波器(42)， 第二检波器(43)，第三检波器(44)，第四检波器(45)；其中第六耦合器(38)的输入端 为第一检测端，第六耦合器(38)的输出端接混频器(39)的第一输入端，第六耦合器(38) 的耦合端接第二检波器(43)的输入端，第二检波器(43)的输出端接数据采集与处理单元 (35)的第二数据端，频踪(36)的第一频率输出端接调制器(37)的参考输入口，数据采集 与处理单元(35)的 I/Q信号输出口接调制器(37)的I/Q调制信号输入口，调制器(37) 的输出端为所述的导频信号输出端；频踪(36)的第二频率输出端接混频器(39)的第二输 入端，混频器(39)的输出端接低通滤波器(40)的输入端，低通滤波器(40)的输出端接 低噪声放大电路(41)的输入端，低噪声放大电路(41)的输出端接第一检波器(42)的输 入端，第一检波器(42)的输出端接数据采集与处理单元(35)的第一数据端；第三检波 器(44)的输入端为所述的第二检测端，第三检波器(44)的输出端接数据采集与处理单元 (35)的第三数据端；第四检波器(45)的输入端为第三检测端，第四检波器(45)的输出 端接数据采集与处理单元(35)的第四数据端，数据采集与处理单元(35)的6个输出端分 别为所述的第一至第三调幅控制端和第一至第三调相控制端。
专利摘要本实用新型提供一种基于导频技术的前馈功率放大器，由第一调幅器、第一调相器、功分器、主放大电路、第一延时线、第一耦合器、第一合路器、第二延时线、误差放大电路、第二合路器、第二耦合器、隔离器、检测与控制电路组成。该放大器能实现对移动通信频段的射频信号的高效率和高线性放大，功放整机效率可达20％以上，功放的有效工作带宽为20MHz，信号的载波在20MHz工作带宽内可任意配置，对于GSM信号最多12载波的高线性放大，这种条件下IM3可达-65dBc以上，可广泛应用于窄带移动通信系统基站功率放大器。
文档编号H03F3/21GK201797484SQ20102028387
公开日2011年4月13日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者孟庆南 申请人:武汉正维电子技术有限公司