CN105262444A

CN105262444A - 超宽带模拟预失真电路

Info

Publication number: CN105262444A
Application number: CN201510262179.2A
Authority: CN
Inventors: 张秀普; 申东娅; 朱冉
Original assignee: Yunnan University YNU
Current assignee: Yunnan University YNU
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2016-01-20

Abstract

本发明涉及一种超宽带模拟预失真电路，属于电子技术领域。本发明的超宽带模拟预失真电路(PDC)由两个肖特基二极管组成，该预失真电路去除了四分之一波长阻抗变换器，实现了小尺寸和高带宽的特性。S参数测量结果表明，PDC的工作频段范围为：10MHz到30GHz。在光载无线系统的双频测试中，通过使用电吸收调制器对PDC电路性能是进行了评估。无杂散动态范围在1GHz在至5GHz内改善了10dB以上，而在1GHZ到30GHz中改善了5dB以上。通过PDC电路，2.4GHz和5GHz的WiFi信号测试的误差向量幅度也得到减小。

Description

超宽带模拟预失真电路

技术领域

本发明涉及一种能够对光载无线系统进行线性化的预失真电路，属于电子技术领域。具体涉及一种能够压缩三阶非线性失真的预失真电路。

背景技术

移动设备市场的蓬勃发展导致了宽带无线接入的需求增大。高频载波提供了无线宽带接入和有效地再利用频谱。微波同轴电缆的成本太高，并且高频信号在电缆中传输损耗较高。

光载无线系统（RoF)解决了宽带无线的分布问题。光载无线系统将模拟光链路中的宽带无线信号从中心站传输到低成本的基站。光纤提供极宽的带宽，并且成本低，损耗低，重量轻，更安全，具有抗电磁干扰等特性。

在光载无线系统中，通过简化基站来降低成本。不同协议的处理部件都位于中心站（CS）。上变频和下变频的实现都集中在中心站。透明的基础设施和集中管理使得系统更换和维护更加容易。但是由于光副载波调制，光载无线系统很容易产生非线性失真。

光调制器的非线性特性是主要影响。非线性分量与期望接收到的射频信号叠加，降低了系统的性能。当输入射频信号功率较高时，非线性失真成为性能的主要限制因素。因此，解决光载无线系统的非线性失真成为急待解决的问题。可以通过自适应数字预失真电路对光载无线系统进行线性化，但数字预失真电路的带宽受到数字转换器的限制；也可以通过光学技术进行线性化，如混合偏振和双波长线性化，但这些技术增加了该系统的复杂性。

现有的宽带模拟预失真电路加入了1/4波长阻抗变化器和功率分配器，还要使用多个直流电源作为偏置电路，尺寸较大，且带宽较窄。本发明有如下优点：1、去除了四分之一波长变换器和功率分配器，成本更低，尺寸更小，带宽更高；2、本发明只需要一个电压源，而已有的预失真电路需要两个直流电源。

本发明涉一种超宽带模拟预失真电路。通过使用两个并联的肖特基二极管芯片，设计出了尺寸更小和带宽更宽的预失真电路，实验测试证明，线性化性能良好。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种对非线性器件和非线性系统进行线性化的预失真电路。

为了线性化非线性器件和非线性系统，预失真电路安装在非线性器件和非线性系统的输入端，对输入信号产生预失真；去除了1/4波长阻抗变换器和功率分配器，减小了电路尺寸，增大了带宽。

预失真电路的输入端口12和输出端口13与特性阻抗为50欧姆的微带传输线连接，芯片24的输入端连接到一段特性阻抗为50欧姆的微带线的中间位置27。

本发明的预失真电路是一种用于对非线性器件或非线性系统的输入信号进行预失真的预失真电路包括：由两个肖特基二极管22和23并联后封装的芯片24，以及两个平行的分支电路：左分支电路14和右分支电路15；两个分支电路上分别有电感16和17，电容18和19，宽带电阻20和21，偏置电压源25和26。

一个封装了两个并联肖特基二极管22和23的芯片24的输入端连接到一段特性阻抗为50欧姆的微带线的中间位置27，微带线的一端12为输入端口，另一端13为输出端口。

一个封装了两个并联肖特基二极管22和23的芯片24的两个输出端分别连接到左分支电路14和右分支电路15，构成推挽结构，使输入端12的输入信号与预失真电路产生的所有偶次和奇次分量叠加后偶次阶分量被消除。

两个反向电压源25和26分别为二极管22和23提供正向偏置电流，通过调整宽带电阻20和21的阻值来独立地调整偏置点，或通过调整电压源25和26的大小来调整偏置点。

两个二极管22和23设置为推挽结构。由于这种反向平行设置，当射频信号从输入端口12输入时，在左分支电路14上产生的各阶分量信号和右分支电路15上产生的各阶分量信号中，偶次分量相互抵消，只留下奇次分量，也即一阶、三阶和五阶信号等；在输出端13，只有留下的奇次分量信号与来自于输入端12的输入信号叠加输出。

通过调整宽带电阻20和21以及偏置电压来产生不同程度的非线性失真，并且不需要功率分配器以及四分之一阻抗变换器，减小了电路尺寸。

输入信号是射频信号、微波信号、毫米波信号或太赫兹信号等任意带宽的信号。

本发明的预失真电路的特点在于：能够压缩三阶非线性失真，能够实现预失真可调性；根据非线性传输系统产生的非线性大小，通过调整两路二极管的并联电阻，能够改变预失真电路输出的三阶非线性分量，适用于不同程度的预失真要求。

附图说明

图1.本发明超宽带模拟预失真电路10的电路图。

图2.本发明超宽带模拟预失真电路测试系统图。

图3.本发明超宽带模拟预失真电路的S参数。

图4.本发明超宽带模拟预失真电路的射频信号在5GHz（a）经过预失真电路处理和（b）未经过预失真电路处理的频谱；（c）归一化增益压缩和（d）经过预失真电路处理和未经过预失真电路处理无杂散动态范围的比较。

图5.相应频率上经过预失真电路处理和没有经过预失真电路处理的无杂散动态范围（SFDR）提高。

图6.在2.4GHz处测量的（a）没有经过预失真电路处理和（b）经过预失真电路处理的星座图和误差向量幅度（EVM）以及在5GHz处的测量的：（c）没有经过预失真电路处理和（d）经过预失真电路处理的星座图和误差向量幅度（EVM）。

具体实施方式

本发明涉及的预失真电路如图1所示。本发明的预失真电路是一种用于对非线性器件或非线性系统的输入信号进行预失真的预失真电路包括：由两个肖特基二极管22和23并联后封装的芯片24，以及两个平行的分支电路：左分支电路14和右分支电路15；两个分支电路上分别有电感16和17，电容18和19，宽带电阻20和21，偏置电压源25和26。

在三端口芯片24内，两个二极管22和23反向并联。两个相同带宽的电阻20和21与二极管22和23并联。宽带电容18和19和电感16和17提供直流偏置。一个电压源分别接在左分支电路与右分支电路端，用于偏置两个二极管22和23，使得直流产生的环路电流都通过两个二极管22和23。

在此方案中，反向并联的二极管22和23集成在芯片24上，因此不需要功率分配器，电路10的尺寸减小。

肖特基二极管22和23的带宽可以达到几THz，所以预失真电路10的带宽主要受限于其它部件和寄生效应。结电容，寄生电容，寄生电感和二极管的渡越时间会引起相位失真，降低系统10的线性化程度。对于所发明的预失真电路10，二极管22和23的并联电阻20和21非常低，大部分输入功率将流入两个二极管22和23，预失真电路10的传输能力将下降。如果预失真电路10的非线性程度太高将不能补偿系统的三阶交调分量。因此，电阻器20和21（图1）需合理设计以增加S21参数。如果电阻器的阻值太高，预失真效果太弱以至于不能补偿系统的非线性特性。

本发明制作的预失真电路10的尺寸非常小，为2.4cm×1cm,其测试的输入和输出S参数传输特性如图3所示。除了在25GHz处下降了5.9dB外，S21在10MHz到33GHz的范围内都很平坦。在10MHz至26GHz，S11低于-10dB，在28GHz增加到-8.5dB，当频率增加至32GHz，它减小到-10dB。在大约35GHz时，S11达到峰值-3dB，S21降至-8dB。当频率增大到高于35GHz时，S21增加到-3dB，S11减小到-30dB。因此，预失真电路可以在30GHz以上有效工作。甚至从30到40GHz，预失真电路10也是可以工作的。所以，预失真电路10的工作范围为：10MHz到30GHz以上，是超宽带的预失真电路。

以下将预失真电路10应用在光载无线系统28中来测试预失真电路的性能，如图2所示。由激光器38、偏振控制器（PC）48、电吸收调制器（EAM）39和光电二极管（PD）40建立了一条模拟光链路46。测试信号为双频信号和Wi-Fi信号。

1、测试信号为双频信号。

两个射频信号发生器29和30和一个宽带合路器产生一个频率间隔为2MHz的双频射频信号。宽带射频放大器31用于放大两个射频信号。预失真电路10连接在放大器31和宽带偏置电路37之间。一个宽带的偏置电路T型结将射频信号29和30与电吸收调制器39的直流偏置41合并在一起。电吸收调制器39用于调制光副载波。偏振控制器48用于控制光的偏振状态，使电吸收调制器39有最大光功率输出。经光电探测器（PD）40恢复后的射频信号46通过射频放大器进行放大，放大后的射频信号44通过频谱分析器（SA）42进行测量。激光光源38发出光功率为8.48dBm、波长为1550nm的连续光波。

两个射频信号分别经过预失真电路10处理和未经过预失真电路10处理的频谱如图4（a）和（b）所示。去除预失真电路的插入损耗，预失真电路10将射频信号35的三阶交调分量（IMD3）有效抑制了9.1dB。图4（c）表明信号在5GHz处测量的归一化增益压缩，输入信号的1dB压缩输出功率从-13dBm提高到-8.6dBm，有效改善1.6dBm。输出信号的1dB压缩输出功率从-31.4dBm至-29.8dBm，有效改善1.6dBm。图4（d）比较了信号经过预失真电路10与没有经过预失真电路10的无杂散动态范围（SFDR）的改善。它表明：当经过预失真电路10处理时，交调分量主要受限于五阶分量。这说明了三阶交调分量被完全消除，而五阶分量占主导地位。在5GHz时信号的无杂散动态范围（NFDR）提高10dB。

从1GHz到30GHz进行扫频并测量了无杂散动态范围。测得的无杂散动态范围（SFDR）如图5所示.图中显示：当信号频率从1GHz增加至30GHz时，无杂散动态范围下降大约20dB。其原因是预失真电路10的累计损耗和预失真电路10在高频段噪声等级的增加。测量显示：通过预失真电路10,信号的无杂散动态范围在1至5GHz内改善了10dB以上,而在1至30GHz，无杂散动态范围改善5dB。

2.测试信号为WiFi信号。

将WiFi信号输送到光载无线系统28中来测试预失真电路10的性能，如图2（b）所示。一个Tektronix的任意波发生器（AWG）7122B33生成频率为2.4GHz与5GHz的WiFi信号，WiFi信号与802.11a相兼容。生成的OFDM信号有64个子载波，用16QAM调制，共占用20MHz带宽，信号速率为36Mb/s。

生成的信号通入一个射频放大器ZVA-213+和一个宽带可变衰减器构成的可变增益射频放大器34。ZVA-213+增益为26dB，1dB压缩输出功率为24dBm，噪声系数3dB。调整增益，使得DSO43接收到总是-46dBm的射频信号。

放大后的射频信号通入本发明的宽带模拟预失真电路，产生预失真效果。

经过预失真处理后的信号在模拟光链路46传输后，用Keysight的数字存储示波器（DSO）81204B43接收并解调WiFi信号47。测得的星座图和误差向量幅度（EVM）如图6所示。该测量结果表明：通过预失真电路10,信号在2.4GHz和5GHz处的误差向量幅度（EVM）都降低1dB。

以上测试表明，本发明超宽带模拟预失真电路（预失真电路）10基本满足线性化光载无线系统28的要求。另外，此发明的超带宽模拟预失真电路（预失真电路）也可以线性化其他类似的非线性器件或非线性系统，例如，功率放大器的线性化等。以上所述仅为本发明的一个实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种超宽带模拟预失真电路，其特征在于该电路包括：两个肖特基二极管22和23并联后封装的芯片24，以及两个平行的分支电路：左分支电路14和右分支电路15；两个分支电路上分别有电感16和17，电容18和19，宽带电阻20和21，偏置电压源25和26。

2.根据权利要求1所述的超宽带模拟预失真电路，其特征在于：一个封装了两个并联肖特基二极管22和23的芯片24的输入端连接到一段特性阻抗为50欧姆的微带线的中间位置27，微带线的一端12为输入端口，另一端13为输出端口。

3.根据权利要求1和2所述的超宽带模拟预失真电路，其特征在于：一个封装了两个并联肖特基二极管22和23的芯片24的两个输出端分别连接到左分支电路14和右分支电路15，构成推挽结构，使输入端12的输入信号与预失真电路产生的所有偶次和奇次分量叠加后偶次阶分量被消除。

4.根据权利要求1、2和3所述的超宽带模拟预失真电路，两个反向电压源25和26分别为二极管22和23提供正向偏置电流，通过调整宽带电阻20和21的阻值来独立地调整偏置点，或通过调整电压源25和26的大小来调整偏置点。

5.根据权利要求1、2、3和4所述的超宽带模拟预失真电路，其特征在于：两个二极管22和23设置为推挽结构，由于这种反向平行设置，当射频信号从输入端口12输入时，在左分支电路14上产生的各阶分量信号和右分支电路15上产生的各阶分量信号中，偶次分量相互抵消，只留下奇次分量，也即一阶、三阶和五阶信号等；在输出端13，只有留下的奇次分量信号与来自于输入端12的输入信号叠加输出。

6.根据权利要求1,2,3，4和5所述的超宽带模拟预失真电路，其特征在于：通过调整宽带电阻20和21以及偏置电压来产生不同程度的非线性失真，并且不需要功率分配器以及四分之一阻抗变换器，减小了电路尺寸。

7.根据权利要求1,2,3，4，5和6所述的超宽带模拟预失真电路，其特征在于：输入信号是射频信号、微波信号、毫米波信号或太赫兹信号等任意带宽的信号。