前馈放大器和放大带宽RF输入信号的方法技术

一种前馈ＲＦ功率放大器，在宽带宽ＲＦ应用中既提供高效率又提供最小失真。所述前馈功率放大器包括偏置成提供高效率的主放大器（１６）和偏置成在基本上整个工作范围内提供高度线性的工作的误差放大器（３４）。利用误差放大器（３４）的线性工作来抵消在主放大器输出端引入失真的信号峰值。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及无线电通信系统和方法以及RF功率放大器和方法。先有技术描述和相关信息RF功率放大器设计的两个主要目标是在整个功率工作范围内的线性和效率。线性就是无失真地进行放大的能力，而效率是以最小的浪费功率和发热把DC(直流)转换为RF(射频)能量的能力。这两个要求对现代无线电通信系统而言都是至关重要的，但要同时提供两者却越来越困难。这首先是由于现代无线电通信系统的带宽要求，它对放大器的线性提出越来越苛刻的要求。事实上，提供所需线性的唯一途径是采用非常大的放大器，工作在其工作范围中线性较好而效率低的点上。更具体地说，RF功率放大器的线性化是固有地难以达到的，因为RF功率放大器使用大量的非线性器件，在越来越高的输出功率电平上变得越来越非线性。实际上，高功率RF器件产生相当大的不希望有的互调失真产物，它作为寄生信号出现在RF功率放大器的输出。依据功率放大器输入端的输入信号类型的不同，这些不希望有的信号可以作为频谱增长出现在宽带信号，例如，在CDMA(码分多址)系统中的基频周围，或者如果多于一个信号载波施加在所述放大器的输入端，则作为附加载波出现。一般说来，世界各地的无线电业务提供商都受到政府法规或法令的制约，它对带宽的使用提出了非常严格的要求。频谱的限制以及日益增大的输出功率电平驱使RF功率放大器的性能要求变得苛刻。为了满足这些要求，采用了大型放大器，运行在它们工作范围内高线性，但效率相对较低的点上。除了根据法规和信号质量要求而限制IMD外，在现代无线电通信系统中使用的RF功率放大器还必须是有效率的，亦即必须达到良好的DC到RF转换效率，以避免不必要的功率耗散和发热。受配置设施(例如，蜂窝基站)体积的收缩以及热交换器尺寸的缩小(或较小的空调装置)和减小冷却风扇造成的工作噪音电平以及其他因素驱使，这些要求显得日益重要。对效率的这种要求，与上述对大型放大器的要求(所述大型放大器工作于线性但为达到所需线性而工作在低效率工作点)，显然是背道而驰的。尽管要在RF功率放大器中达到较高的线性和良好的效率，有许多不同的途径，但是前馈放大器提供一条通用的途径。在前馈RF功率放大器中，误差放大器用来仅仅放大IMD产物，然后将其与主放大器的输出结合，抵消主放大器的IMD。附图说明图1举例说明传统的前馈放大器设计，它具有主放大器1和误差放大器2。基本元件还分别包括主和误差通道上的延迟器3和4以及主通道到误差通道的耦合器5、6、7和8。正如本专业普通技术人员众所周知的，在传统的前馈体系结构中一般还有其他没有示出的元件。设计延迟器、耦合器和误差放大器，是要在耦合器8处把不同相的IMD从误差通道注入主放大器的输出，基本上消除主放大器通道上的IMD。正如图1示意地举例说明的，在前馈系统中，主放大器的尺寸一般都选择得大到足以处理所有或大部分信号峰值，而误差放大器的尺寸相对较小。例如，在传统的前馈功率放大器中误差放大器一般约为主放大器尺寸的9分之一。因而误差放大器的平均功耗相当小。然而，主放大器巨大，而效率相当低，因而整个前馈放大器的效率相当低。改善主放大器效率的一条显而易见的途径是采用较小的放大器，更强地驱动它。但对于现代高带宽应用，这会引入大得无法接受的IMD。因此，目前在宽带RF应用中，需要一种既能提供高效率，又能提供最小失真的RF功率放大器设计。专利技术概述本专利技术提供一种前馈RF功率放大器设计，它在宽带宽的RF应用中，既能提供高效率，又能提供最小失真在本专利技术的第一方面，提供一种前馈放大器，它包括RF输入端，用以接收RF信号；和主放大器，用于接收和放大所述RF信号，其中主放大器按第一类工作偏置进行偏置。前馈放大器还包括主放大器输出采样耦合器；第一延迟器，它耦合到RF输入端并提供延迟后的RF信号；和载波抵消组合器，它把延迟后的RF信号耦合到主放大器的采样输出。前馈放大器还包括误差放大器，用于接收和放大载波抵消组合器的输出。误差放大器按其线性优于第一类偏置的第二类工作偏置进行偏置。第二延迟器耦合到主放大器的输出端，而误差注入耦合器把来自误差放大器的输出与来自第二延迟器的延迟后的主放大器输出组合起来，以便抵消主放大器引入的失真。RF输出端连接到误差注入耦合器的输出端并提供放大后的RF输出。在推荐的实施例中，主放大器与误差放大器尺寸的比率是从2比1到1比2。第一类工作偏置最好是C类或AB2类，而第二类工作偏置最好是A类或AB1类。主放大器可以包括一个或多个半导体放大器件，例如，多个横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)放大器件，而第一类工作偏置下的器件偏置电流最好在器件饱和电流的0％和0.17％之间或器件饱和电流的1.25％和2.50％之间。误差放大器也可以包括一个或多个半导体放大器件，例如，多个LDMOS放大器件，而第二类工作偏置下的器件偏置电流最好是器件饱和电流的3.33％和10.00％之间或在器件饱和电流的10.00％和25.00％之间。前馈放大器还可以包括预失真电路，它耦合到主放大器的输入端；和控制器，用以控制预失真电路的工作，以便把放大器RF输出的失真减到最小。在本专利技术的另一方面，提供一种前馈放大器，它包括RF输入端，用于接收RF输入信号，RF输入信号具有平均工作振幅范围和在超过平均工作范围的峰值范围内的间歇信号峰值。例如，RF输入信号包括诸如CDMA信号或WCDMA信号等扩频信号，具有随机出现的包括峰值范围的信号峰值。前馈放大器包括主放大器，用于接收和放大RF输入信号，主放大器在其整个工作范围内具有第一转移特性。第一转移特性具有对应于RF输入信号的平均工作振幅范围的基本上线性的部分和对应于输入信号峰值范围的非线性部分。前馈放大器还包括主放大器输出信号采样器；误差通道延迟电路，它耦合到RF输入端，并提供延迟后的RF输入信号；和第一抵消组合器，用于把延迟后的RF输入信号耦合到主放大器的采样输出端。前馈放大器还包括误差放大器，用以放大第一抵消组合器的输出。误差放大器在其整个工作范围内具有第二转移特性，第二转移特性具有线性部分，对应于基本上所有平均和峰值工作振幅范围。前馈放大器还包括主通道延迟电路，它耦合到主放大器的输出端；第二抵消组合器，它将误差放大器的输出与主通道延迟电路的输出组合起来，以便抵消主放大器引入的失真；和RF输出端，它耦合到第二抵消组合器，并提供放大后的RF输出。在一个具体的实现方案中，误差放大器的工作范围约为30dB。误差放大器的平均功率工作范围可约为10dB。误差放大器的功率-增益转移特性最好在30dB的工作范围中直至大约25dB或25dB以上线性到小于增益的0.5dB。或者，误差放大器的功率-增益转移特性从器件峰值功率直至大约-4至-5dB可以是线性。主放大器的工作范围可以是从峰值功率到峰值功率的-20dB左右开始的，而误差放大器的工作范围可以是从峰值功率到峰值功率的-30dB左右开始的。前馈放大器还可以包括预失真电路，它耦合到主放大器的输出端；和控制器，用以控制预失真电路的工作，把放大器输出的失真减到最小。前馈放大器还可以包括导频信号发生器，用于向主放大器的输入端提供导频信号；和导频信号检测器，它耦合到放大器输出端和控制器。在本专利技术的另一个方面，提供一种放大宽带宽RF输入信号的方法。所述方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种前馈放大器，它包括：ＲＦ输入端，用于接收所述ＲＦ信号；主放大器，用于接收和放大ＲＦ信号，所述主放大器按第一类工作偏置进行偏置；主放大器输出采样耦合器；第一延迟器，它连接到所述ＲＦ输入端并提供延迟后的ＲＦ信 号；载波抵消组合器，它把所述延迟后的ＲＦ信号耦合到来自所述主放大器的采样输出信号；误差放大器，用于接收和放大所述载波抵消组合器的输出，所述误差放大器按其线性优于所述第一类偏置的第二类工作偏置进行偏置；第二延迟器，它连 接到所述主放大器的输出端；误差注入耦合器，它把所述误差放大器的输出与来自所述第二延迟器的所述延迟后的主放大器输出组合，以便抵消所述主放大器引入的失真；以及ＲＦ输出端，它连接到所述误差注入耦合器的输出端并提供放大后的ＲＦ输出信 号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M古尔维奇，E阿尔巴，B瓦斯拉基斯，
申请(专利权)人：电力波技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]