毫米波GaN功放射频预失真线性化器制造技术

本发明专利技术提出的一种毫米波GaN功放射频预失真线性化器，旨在提供一种结构简单、插损小、工作频带宽、稳定性好，能够适用于毫米波GaN功放的预失真线性化器，本发明专利技术通过下述技术方案予以实现:射频信号从射频输入口(1)，经输入微带线(2)相连的输入芯片电容(3)，通过输入金丝(4)相连的两级阻抗变换阶梯(6)进入宽带匹配网络(5)，GaAs肖特基二极管(8)和管座电路(9)产生一个与毫米波GaN功率芯片的幅度压缩和相位压缩特性相匹配的幅度扩展和相位扩展的失真射频信号，再通过宽带匹配网络(5)输出端上的两级阻抗变换阶梯(17)，经输出匹配金丝(19)相连的输出芯片电容(20)和输出微带线(21)输出到射频输出口(22)。

Millimeter wave GaN power amplifier RF predistortion linearizer

The invention relates to a millimeter wave GaN RF predistortion linearizer, aiming to provide a simple structure, low insertion loss and wide frequency band, good stability, can be used in millimeter wave GaN power amplifier predistortion linearization device, the invention is realized through the technical scheme of the RF signal from the RF input port (1), the input microstrip line (2) connected to the input chip capacitor (3), two (4) of gold through the input impedance conversion step (6) connected into the broadband matching network (5), GaAs (8) and Schottky diode socket circuit (9) generates a millimeter wave power and GaN chip amplitude compression and phase compression characteristics matched amplitude and phase distortion of the extended extended RF signal, through the broadband matching network (5) two step impedance conversion on the output end (17), the output matching wire (19) connected to the output capacitor (20) and The output microstrip line (21) is output to the radio frequency output (22).

【技术实现步骤摘要】
毫米波GaN功放射频预失真线性化器
本专利技术涉及一种主要应用于卫星通信、航天测控、5G移动通信等领域，关于用于毫米波GaN功率放大器中的射频预失真线性化器。
技术介绍
近年来，随着现代无线通信业务的迅猛发展，对通信系统容量的要求越来越大，通信频谱资源的日益紧张，毫米波技术成为迅猛发展的高新领域。为了解决这一矛盾，一方面要研究各种新技术和新措施，以压缩信号所占的频带宽度；另一方面，就要开辟和启用新的频段。在新技术方面，模拟调制技术以及数字调制技术的研究和应用在很大程度上增加了通信容量，提高了频谱利用率。随之而来的问题就是：此类线性调制技术，例如SPK、QPSK、QAM以及多载波技术等，都要求通信设备从频率变换到放大和发射的过程中保持充分的线性。为了追求更高的数据速率和频谱效率，现有技术普遍采用如QPSK，16QAM线性调制方式。另外，多载波配置技术导致了信号包络的变化，从而产生了交调失真，尽管频谱再生对本信道的影响不大，但它将会干扰相邻信道，这些都对功率放大器的线性度提出了苛刻的要求。在现代通信中，为了提高频谱利用率而应用的种种信号调制技术对射频收发信机的线性度要求很高，射频收发系统在保证要具有一定输出功率的同时，还要保证有着充分的线性度。而功率放大器是射频收发信机中非线性失真最严重的器件之一。在通信收发系统中，功率放大器位于发射机末端，其作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发射机发送功率的要求,然后经过天线将高频功率信号辐射到空间,保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。射频功率放大器是无线通信系统基站中消耗功率最大、成本最高、性能最关键的元件，也是无线通信射频收发机系统中非线性信号产生的主要来源。因此功率放大器作为毫米波发射系统的关键部件和基站当中最昂贵的器件，其对效率和线性度的要求非常高。输出效率和线性度对于功放是一对非常关键但又相互矛盾的指标。当功放工作于饱和状态时其效率最佳，输出功率达到最大，然而此时，功放的非线性失真也剧烈增加，严重影响了发射系统乃至整机系统的工作性能。为了得到卫星通信、航天测控、5G移动通信精准的测控精度和良好的通信质量，在功放系统中引入线性化技术来降低其非线性。在保证功放输出效率的同时提高其线性，人们提出了一系列的线性化技术。线性化技术的主要目标为在不大幅牺牲效率的情况下，同时改善功放的幅度失真和相位失真，使功放保持较高的线性度，抑制频谱再生。功放的非线性特性可由AM-AM特性和AM-PM特性表示，AM-AM特性表示输入信号幅度和输出信号幅度的关系，AM-PM特性表示和输入信号幅度相关的输出信号的附加相移，因此一个幅度变化的调制信号通过非线性功放时将引起幅度失真和相位失真，失真主要体现为频谱再生和功率效率下降。功率放大器的AM-AM、AM-PM特性带来的失真会使工作在非线性区域附近的器件产生互调失真，会导致频谱扩散到相邻的信道，从而对其它通信信道的用户产生干扰。射频功率放大器非线性，从频谱的角度看，会产生新的频率分量，频带展宽，干扰了临近信道信号。从时域看，对于波形为非恒定包络的己调信号，使输出信号的包络发生了变化，引起波形失真。另外还会出现幅度一相位变换，干扰了已调波的相位，造成相位误差。射频功率放大器的非线性失真会使其产生新的频率分量，如对于二阶失真会产生二次谐波和双音拍频，对于三阶失真会产生三次谐波和多音拍频。这些新的频率分量如落在通带内，将会对发射的信号造成直接干扰，如果落在通带外将会干扰其他频道的信号。为此要对射频功率放大器的进行线性化处理，以较好地解决信号的频谱再生问题。射频功放基本线性化技术的原理与方法不外乎是以输入RF信号包络的振幅和相位作参考，与输出信号比较，进而产生适当的校正。实现射频功放线性化的常用技术有：功率回退、负反馈法、前馈法、预失真。功率回退法选用功率较大的管子作小功率管使用，以牺牲直流功耗来提高功放的线性度的方法。它把功率放大器的输入功率从1dB压缩点(放大器有一个线性动态范围，在这个范围内，放大器的输出功率随输入功率线性增加。随着输入功率的继续增大，放大器渐渐进入饱和区，功率增益开始下降，通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率的1dB压缩点，用P1dB表示)向后回退6-10个分贝，工作在远小于1dB压缩点的电平上，使功率放大器远离饱和区，进入线性工作区，从而改善功率放大器的三阶交调系数。一般情况，当基波功率降低1dB时，三阶交调失真改善2dB。功率回退法减小输入的信号功率，使得功放工作在1dB压缩点之前的线性区，从而达到减小输出非线性失真的目的。由于当功放处于饱和状态时输出功率最大，效率较高，显然，功率回退法是以牺牲功放的效率和输出功率为代价的，且线性度的提升范围有限，同时也带来了成本上升，效率降低、功耗增大等缺点，因此在高功率功放中应用较少。另外，功率回退法对于大功率的基站，会造成大量能源的浪费，不仅不环保，还会带来散热等一系列问题。当功率回退到一定程度，三阶交调制达到-50dBc以下时，继续回退将不再改善放大器的线性度。因此，在线性度要求很高的场合，完全靠功率回退是不够的。负反馈一般情况下用于低频段的功放，其主要原理是将功放输出的失真信号耦合出一部分，通过反馈网络进行倒相，然后反馈到输入端与原来的输入信号进行叠加再输入功放以减小非线性失真，负反馈虽然简单易行，但是它损失了输出功率和降低了功放的增益，并且在高频段，很难实现在宽频段内使输入信号和反馈信号完全反相，相移控制很难，所以其很难应用于高频段。前馈技术为另一类线性化技术，它提供了闭环系统的线性化精度，开环系统的稳定性及带宽。目前仅有前馈技术才能满足现代多载波通信基站功率放大器的性能指标。前馈法主要用于直放站大功率放大器中，具有较高的线性度和带宽。前馈系统主要由两个环路组成，失真提取环路和失真消除环路。其中失真提取环路主要是用于提取交调分量，功放输入端耦合一部分信号并经过一定的延时，功放输出端也耦合一部分信号经过适当的相移然后与输入端耦合的信号叠加后的信号只剩下了反相的交调分量，这样就提取出了失真分量；第二个失真消除环路中，反相的三阶互调分量与主功放输出信号在输出耦合器中叠加，抵消主功放的三阶互调干扰，从而得到线性放大信号。该方法原理简单，精度高，改善指标好，前馈有很好的线性化效果，但是其电路复杂，成本高，效率低，对环境条件和应用条件变化的不适应性限制了它的应用，一般应用于基站。前馈法在器件老化、温度变化、电源电压波动、工作频率变化时，电路的参数变化不可能完全一致，从而使射频功率放大器的线性度变坏，因此其稳定性不好。而且一般在大功率的功率合成级不便采用自适应技术来对这些参数进行实时调整，很难改善其稳定性。前馈法在射频微波频段应用较多，但在毫米波频段，由于其对元件精度要求过高，往往难以实现。预失真技术是目前应用最为广泛的线性改善技术，它是通过在功率放大器前级产生预失真信号实现系统链路前后级对消来改善线性。所谓预失真,就是预先对进入功放的信号进行失真处理,用来补偿功放的非线性失真。放大器除了幅度失真还会产生相位失真，失真的大小随输入功率的大小而变化。因此,预失真器不仅要对功放的输出幅度进行补偿,还要对其相位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种毫米波GaN功放射频预失真线性化器，包括，直流偏置电路(7)、GaAs肖特基二极管(8)、管座电路(9)和提供电源的直流电源(16)，其特征在于，GaAs肖特基二极管(8)与直流偏置电路(7)之间设有宽带匹配网络(5)；射频信号从射频输入口(1)，经输入微带线(2)相连的输入芯片电容(3)，通过输入金丝(4)相连的两级阻抗变换阶梯(6)进入宽带匹配网络(5)，宽带匹配网络(5)通过GaAs肖特基二极管(8)和管座电路(9)产生一个与毫米波GaN功率芯片的幅度压缩和相位压缩特性相匹配的幅度扩展和相位扩展的失真射频信号，再通过宽带匹配网络(5)输出端上的两级阻抗变换阶梯(17)，经输出匹配金丝(19)相连的输出芯片电容(20)和输出微带线(21)输出到射频输出口(22)。

【技术特征摘要】
1.一种毫米波GaN功放射频预失真线性化器，包括，直流偏置电路(7)、GaAs肖特基二极管(8)、管座电路(9)和提供电源的直流电源(16)，其特征在于，GaAs肖特基二极管(8)与直流偏置电路(7)之间设有宽带匹配网络(5)；射频信号从射频输入口(1)，经输入微带线(2)相连的输入芯片电容(3)，通过输入金丝(4)相连的两级阻抗变换阶梯(6)进入宽带匹配网络(5)，宽带匹配网络(5)通过GaAs肖特基二极管(8)和管座电路(9)产生一个与毫米波GaN功率芯片的幅度压缩和相位压缩特性相匹配的幅度扩展和相位扩展的失真射频信号，再通过宽带匹配网络(5)输出端上的两级阻抗变换阶梯(17)，经输出匹配金丝(19)相连的输出芯片电容(20)和输出微带线(21)输出到射频输出口(22)。2.如权利要求1所述的毫米波GaN功放射频预失真线性化器，其特征在于，输入微带线(2)采用标准50欧姆输入微带线，输入芯片电容(3)通过导电银浆粘接在标准50欧姆输入微带线(2)上，通过输入匹配金丝(4)键合相连宽带匹配网络(5)，毫米波及以上频段的射频信号通过射频输入口(1)进入标准50欧姆输入微带线(2)通过输入匹配金丝(4)输入宽带匹配网络(5)。3.如权利要求2所述的毫米波GaN功放射频预失真线性化器，其特征在于，输出芯片电容(20)导电银浆粘接在标准50欧姆输出微带线(21)上，通过输出匹配金丝(19)键合相连输出两级阻抗变换阶梯(17)，输入宽带匹配网络(5)通过输出两级阻抗变换阶梯(17)将隔离了直流信号的毫米波失真信号传输到输出匹配金丝(19)，通过输出芯片电容(20)相连的标准50欧姆输出微带线(21)，从射频输出口(22)输出。4.如权利要求1所述的毫米波GaN功放射频预失真线性化器，其特征在于，直流偏置电路(7)含有一端电连接直流电源(16)，通过直流馈电分压限流电阻(15)串联的电阻阶梯焊盘(18)和另一端与对称扼流高阻线(13)两边的扼流扇形线(14)。5.如权利要求3所述的毫米波GaN功放射频...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，张能波，朱海帆，党章，刘祚麟，忽文杰，李光，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51