[发明专利]基于非线性器件的可调预失真器

说明书

技术领域

本发明涉及微波功率放大器线性化技术领域，特别涉及一种基于非线性器件的可调预失真器，适用于毫米波功率放大器线性化技术领域。

背景技术

为了满足现代通信日益增长的业务需求，当前现代无线通信技术研究呈两大发展趋势。一方面，开展更高频率的无线通信研究，实现宽带大容量信息传输。另一方面，研究高效率多载波复杂数字调制技术，提高频谱利用率。为在有限的频谱范围内实现大容量高速数据传输，现代通信系统采用了复杂而高效的调制技术和多载波传输技术，这要求系统末级高功率放大器(HPA)具有高线性性能，以减少误码率和寄生干扰，特别是消除多载波系统中交调失真的影响。而在基于多载波复杂数字调制技术的通信系统中，末级功率放大器是系统中非线性最强的器件，其非线性失真对无线通信系统将产生诸多不良影响：失真使频谱扩展而干扰邻道信号并恶化误码率。

常用的功率放大器线性化技术主要有负反馈法，前馈技术及预失真技术。负反馈技术大多用在低频器件中，它容易影响放大器的稳定性，且有效带宽窄，在高频和微波频段，反馈环路的相移很难控制。前馈线性化技术理论上是一种较为理想的线性化技术，但系统中需要两个环路，辅助放大器、移相器、合成电桥以及相应的幅度衰减电路在毫米波频段难以得到精准控制，且造价昂贵；末级功率放大器后续电路(采样、移相、求和)额外损耗直接降低了系统最终输出功率。近年来，由于电路结构紧凑、工作频段高、工作频带宽、尺寸小、重量轻、集成性好、稳定度高等特点，预失真技术几乎已是微波高端、毫米波频段所采用的唯一线性化技术手段。

分析现有的预失真技术，插入损耗和带宽是主要的难点。中国台湾学者设计了一个工作在44GHz的内置预失真电路的功率放大器【Tsai J H,Chang H Y,Wu P S,et al.A 44-GHz high-linearity MMIC medium power amplifier with a low-loss built-in linearizer[C]//Microwave Symposium Digest,2005IEEE MTT-S International.IEEE Xplore,2005:4pp.】。该结构如图1所示，利用HEMT管的非线性特性，在功放的栅极并联HEMT管作为预失真器件；具有结构简单，集成度高，插入损耗低的优点；但带宽窄，不具有可调性的不足之处。

针对上述内置预失真电路的功率放大器带宽窄的问题，在如图1的结构基础上加入并联结构的单刀单掷开关，实现预失真电路的可调性，从而解决了预失真电路的带宽问题；而且因为并联结构的开关电路的低插入损耗特性，所以不会引入大的插入损耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是预失真电路工作在高频段时，频带过窄和插入损耗过大。除此之外，所发明的预失真结构简单，可以集成在毫米波功率放大器中。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该基于非线性器件的可调预失真器，包括预失真信号产生电路和预失真信号控制电路。所述的预失真信号产生电路主要由并联在功率放大器晶体管栅极的冷模(cold-mode)赝同晶高电子迁移率晶体管(pHEMT)构成，射频信号通过pHEMT管会产生与功率放大器非线性特性相反的失真信号，即随着输入功率的增加，出现增益扩张和相位压缩现象；所述预失真信号控制电路包括控制pHEMT管栅极和漏极电压和开关状态的电路组成，根据具体功率放大器非线性程度，调节控制电路的电压来可以调节预失真信号的特性，从而实现功率放大器的线性化。

进一步的是，所述的冷模(cold-mode)赝同晶高电子迁移率晶体管(pHEMT)，冷模(cold-mode)是指pHEMT管的漏源电压为零，此模式可以减少预失真电路带来的插入损耗；插入损耗小于2dB。

进一步的是，所述的pHEMT管的可以等效为电容C_off和电阻R_off串联后与可变电流源I_ds并联的结构，其中可变电流源I_ds可以等效为可变电阻R_ds，而电容C_off和电阻R_off随输入功率的变化而变化量相对于漏源电阻R_ds来说不大，所以假设电容C_off和电阻R_off为常数，而漏源电阻R_ds随输入功率的增加而变大，继而得出射频信号通过pHEMT管会出现增益扩张和相位压缩现象。