一种场效应管可调预失真线性化器

1.本发明属于微波功率技术领域，具体涉及一种预失真线性化器。

背景技术：

2.在现代移动通信系统中，为了提高频谱利用率，一些多载波通信技术和复杂的数字调制技术得到广泛的应用。但由此带来信号传输的平均功率变大，使得末级功率放大器更容易进入饱和区引起非线性失真，进而对相邻信道产生不同程度的串扰。因此，为了满足通信系统高速率大容量的需求，需要保证功率放大器的高线性度及高效率。
3.目前，一种兼顾功放线性度和效率的有效方法是在功率放大器前级添加预失真器来抵消功放产生的非线性特性。对于模拟预失真器中的主要非线性产生器件，工程上常使用肖特基二极管或者场效应晶体管来实现。其中肖特基二极管截止频率高，且理论成熟，是如今模拟预失真器中常使用的非线性器件，而场效应管具有更为丰富的非线性分量，且具备宽带及易于集成的优势，是目前的研究热点。另一方面，对于模拟预失真器的可调性，幅度特性(am-am)与相位特性(am-pm)曲线的补偿量调节是预失真器设计的一个重要的组成部分。然而在传统的模拟预失真器中，调节偏置电压，预失真器的幅度特性与相位特性都在同时变化，具有较强的幅相关联性。
4.基于场效应管的预失真结构包括了共源型和共栅型的传输式结构，以及共栅型的反射式结构。早期场效应管线性化器多用共栅传输式和共源传输式结构，在c，x，ku波段均有应用，但预失真特性只由一组栅极电压控制，存在可调性弱的问题。共栅型反射式结构通常结合了电桥或合路器等器件，使得电路复杂度提高但可调性依然较弱。目前随着集成度的提高，部分电路将其内嵌于功放前端加以匹配，但由此引起预失真器状态难以调节，专用性太强。为了提高预失真器的可调性，减小幅度与相位特性的关联性，现有的解决方法通常采用矢量叠加的形式，利用多路矢量信号的合成来产生所需要的传输特性，在电路结构上通常采用两路式或电桥反射式结构，而采用更简化的电路实现幅相的独立可调仍亟待研究。
5.在场效应管作为非线性器件且独立调节幅相特性的预失真电路中，两路式结构目前应用广泛。其中一路作为线性支路，用于调节矢量信号的夹角，另一路作为非线性支路，产生非线性分量。该结构采用矢量合成原理，在调节幅相特性时需要两条支路的偏置电压的特定组合，使得调节困难；并且该结构由两条支路构成，在电路形式上较为复杂。此外，另一种反射式结构是将电桥的两条反射支路分别作为线性支路与非线性支路，相较于两路式结构，简化了电路形式。然而该结构和两路式结构一样采用了矢量合成的方式，矢量夹角需要严格控制，使得预失真电路实现困难，且不易于调节。

技术实现要素：

6.为解决现有技术存在的上述问题，本发明提出了一种场效应管可调预失真线性化器。
7.本发明的技术方案是：一种场效应管可调预失真线性化器，具体包括：射频信号输入端口、第一隔直电容、第一直流接地电感、第一射频接地电容、第一场效应管、第一栅极射频扼流电感、第一栅极电源、第一漏级射频扼流电感、第一漏级电源、第二隔直电容、第二栅极射频扼流电感、第二栅极电源、第二场效应管、第二漏级射频扼流电感、第二漏级电源、第三隔直电容、射频信号输出端口；其中，
8.第一栅极射频扼流电感连接第一栅极电源构成第一栅极偏置电路，第一漏级射频扼流电感连接第一漏级电源构成第一漏级偏置电路，第二栅极射频扼流电感连接第二栅极电源构成第二栅极偏置电路，第二漏级射频扼流电感连接第二漏级电源构成第二漏级偏置电路；
9.射频信号输入端口与第一隔直电容连接；第一隔直电容与第一场效应管的源级连接；第一场效应管的源级通过连接第一直流接地电感接地；第一场效应管的栅极连接第一射频接地电容与第一栅极偏置电路；第一射频接地电容另一端接地；第一场效应管的漏级与第一漏级偏置电路连接；第二场效应管的源极接地；第二场效应管的栅极连接第二栅极偏置电路，并通过第二隔直电容与第一场效应管的漏级相连；第二场效应管的漏极连接第二漏极偏置电路，并通过第三隔直电容与射频输出端口相连。
10.本发明的有益效果：本发明的场效应管可调预失真线性化器采用串联传输式结构，由前后级非线性产生器级联，主要由两个部分组成，第一部分是前级共栅型结构，采用场效应管共栅极连接方式，射频信号由场效应管源级输入，漏级输出进入后级；第二部分为后级共源型结构，采用场效应管共源级连接方式，射频信号由场效应管栅级输入，漏级输出；前级与后级采用匹配微带线进行连接。作为非线性产生器件的场效应管工作于可变电阻区，通过调整栅极电压来改变其预失真特性；单独改变前级偏置电压，实现am-pm特性的独立可调；单独改变后级偏置电压，实现am-am特性的独立可调，从而降低了幅相关联性；并且所采用的电路结构基于叠加原理，相较于现有矢量合成式电路结构，极大地简化了可调型线性化器电路，且易于调节。
附图说明
11.图1为本发明实施例的场效应管可调预失真线性化器结构图；
12.图2为本发明实施例可调预失真线性化器幅度独立可调仿真结果；
13.图3为本发明实施例可调预失真线性化器相位独立可调仿真结果。
14.其中，1、射频信号输入端口；2、第一隔直电容；3、第一直流接地电感；4、第一射频接地电容；5、第一场效应管；6、第一栅极射频扼流电感；7、第一栅极电源；8、第一漏级射频扼流电感；9、第一漏级电源；10、第二隔直电容；11、第二栅极射频扼流电感；12、第二栅极电源；13、第二场效应管；14、第二漏级射频扼流电感；15、第二漏级电源；16、第三隔直电容；17、射频信号输出端口。
具体实施方式
15.下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的阐述。
16.本实施例提供的一种场效应管可调预失真线性化器的结构如图1所示，具有如下特点：结构采用串联传输式结构，且仅使用两个场效应管作为非线性产生器件，结构简单并
具有更丰富的非线性特性；前级场效应管采用共栅型结构，后级场效应管采用共源型结构，独立调节前后级，易于调节。
17.具体包括：射频信号输入端口1、第一隔直电容2、第一直流接地电感3、第一射频接地电容4、第一场效应管5、第一栅极射频扼流电感6、第一栅极电源7、第一漏级射频扼流电感8、第一漏级电源9、第二隔直电容10、第二栅极射频扼流电感11、第二栅极电源12、第二场效应管13、第二漏级射频扼流电感14、第二漏级电源15、第三隔直电容16及射频信号输出端口17。
18.本实施例中的第一栅极射频扼流电感6连接第一栅极电源7构成第一栅极偏置电路；第一漏级射频扼流电感8与第一漏级电源9连接构成第一漏级偏置电路；第二栅极射频扼流电感11连接第二栅极电源12构成第二栅极偏置电路，第二漏级射频扼流电感14与第二漏级电源15连接构成第二漏级偏置电路。
19.根据图1的电路结构，射频信号输入端口1与第一隔直电容2连接；第一隔直电容2同第一场效应管5的源级相连；第一场效应管5的源级通过连接第一直流接地电感3接地；第一场效应管5的栅极连接第一射频接地电容4与第一栅极偏置电路；第一射频接地电容4另一端接地；第一场效应管5的漏级同第一漏级偏置电路连接；第二场效应管13的源极接地；第二场效应管13的栅极连接第二栅极偏置电路，并且通过第二隔直电容10与第一场效应管的漏级相连；第二场效应管13的漏极连接第二漏极偏置电路，并且通过第三隔直电容16与射频输出端口17相连。
20.输入信号通过射频信号输入端口1输入后，进入第一场效应管5的源极，将线性信号变为能独立调节相位的非线性信号。该信号经前级第一场效应管5的漏极输出，进入后级第二场效应管13的源极，其中第二场效应管13能独立调节前级信号的幅度特性。经过后级的射频信号由第二场效应管13的漏极输出至射频信号输出端口17。
21.对于电路其它部分，第一栅极控制电压从第一栅极偏置电路输入，第一漏级电压从第一漏极偏置电路输入，第二栅极控制电压从第二栅极偏置电路输入，第二漏级电压从第二漏极偏置电路输入；第一直流接地电感3为前级提供直流接地回路，第一射频接地电容4为前级提供射频接地回路；第二场效应管13的源极接地提供了后级电路的直流与射频回路。
22.当场效应管偏置于可变电阻区时，内部沟道电阻随栅极电压的改变而改变，信号功率越高，电压越高，内部沟道电阻变小，输出信号也就越大，因此呈现出功率扩张的特性，适用于线性化器构造。当调节栅极偏置电压，即可实现对预失真特性的调控。
23.对于前级第一场效应管5，采用共栅型结构连接，其预失真特性呈现出am-am特性扩张，am-pm特性压缩的特点，且在一定电压范围内调节第一栅极电压，只改变am-pm特性压缩量的大小。
24.对于后级第二场效应管13，采用共源型结构连接，其预失真特性呈现出am-am特性扩张，am-pm特性恒定的特点，且在一定电压范围内调节第二栅极电压，只改变其am-am特性扩张量的大小。
25.因此，将两个具有独立调节预失真特性的电路级联起来，根据叠加原理，所构造的线性化器在一定电压变化范围内具备幅相独立可调的特性，且分别只由前后级电路单独控制。
26.本实施例在工作频率3.5ghz处计算其幅相独立可调特性，设置第一场效应管5和第二场效应管13的漏极电压为2v。调节第一栅极电压vg1，主要影响线性化器的am-pm特性；调节第二栅极电压vg2，主要影响线性化器的am-am特性。
27.具体仿真结果如图2、图3所示，从仿真结果可以看出，前级第一场效应管5的栅极电压vg2保持-0.82v，后级第二场效应管13的栅极电压vg1从-0.74v增加至-0.66v，线性化器的幅度扩张量从19db减小至9db，相位压缩量基本保持在55
°
不变；后级第二场效应管13的栅极电压vg1保持-0.70v，前级第二场效应管5的栅极电压vg2从-0.84v增加至-0.80v，线性化器的相位压缩量从80
°
减小至40
°
，幅度扩张量基本保持在14db不变。因此该线性化器实现了幅相特性分别由前后两级场效应管的栅极偏置状态决定，使得am-am特性及am-pm特性独立可调。
28.综上，本发明的场效应管可调预失真线性化器实现了am-am特性与am-pm特性的独立可调，减小了传统预失真器的幅相关联性。在该结构中，只选用了两个场效应管作为非线性产生器件，电路形式上采用串联传输式结构，在满足独立可调性的基础上进一步简化了电路。在电路实现原理上，相较于采用矢量合成的传统预失真电路，采用叠加原理，由相位独立可调的前级电路级联幅度独立可调的后级电路，使得电路实现原理简单，易于实现。该结构通过调节前级场效应管的偏置状态，实现am-pm特性的独立可调；通过调节后级场效应管的偏置状态，实现am-am特性的独立可调，其中前后两级电路影响较小，便于预失真特性的独立调节，可有效降低幅度相位特性的关联性。因此，本发明的线性化器电路结构简单，解决了传统预失真器的幅相关联性强，传统矢量合成式电路结构复杂，实现困难且不易于调节的问题，并且线性化器的输出信号呈现幅度扩张，相位压缩的特性，有利于固态功率放大器非线性的改善。
29.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种场效应管可调预失真线性化器，具体包括：射频信号输入端口、第一隔直电容、第一直流接地电感、第一射频接地电容、第一场效应管、第一栅极射频扼流电感、第一栅极电源、第一漏级射频扼流电感、第一漏级电源、第二隔直电容、第二栅极射频扼流电感、第二栅极电源、第二场效应管、第二漏级射频扼流电感、第二漏级电源、第三隔直电容、射频信号输出端口；其中，第一栅极射频扼流电感连接第一栅极电源构成第一栅极偏置电路，第一漏级射频扼流电感连接第一漏级电源构成第一漏级偏置电路，第二栅极射频扼流电感连接第二栅极电源构成第二栅极偏置电路，第二漏级射频扼流电感连接第二漏级电源构成第二漏级偏置电路；射频信号输入端口与第一隔直电容连接；第一隔直电容与第一场效应管的源级连接；第一场效应管的源级通过连接第一直流接地电感接地；第一场效应管的栅极连接第一射频接地电容与第一栅极偏置电路；第一射频接地电容另一端接地；第一场效应管的漏级与第一漏级偏置电路连接；第二场效应管的源极接地；第二场效应管的栅极连接第二栅极偏置电路，并通过第二隔直电容与第一场效应管的漏级相连；第二场效应管的漏极连接第二漏极偏置电路，并通过第三隔直电容与射频输出端口相连。

技术总结

本发明公开了一种场效应管可调预失真线性化器，具体采用串联传输式结构，由前后级非线性产生器级联，第一部分是前级共栅型结构，采用场效应管共栅极连接方式，射频信号由场效应管源级输入，漏级输出进入后级；第二部分为后级共源型结构，采用场效应管共源级连接方式，射频信号由场效应管栅级输入，漏级输出；前级与后级采用匹配微带线进行连接。作为非线性产生器件的场效应管工作于可变电阻区，通过调整栅极电压来改变其预失真特性；单独改变前级偏置电压，实现AM-PM特性的独立可调；单独改变后级偏置电压，实现AM-AM特性的独立可调，从而降低了幅相关联性；并且所采用的电路结构基于叠加原理，极大地简化了可调型线性化器电路，且易于调节。且易于调节。且易于调节。