专利名称：一种支持ofdm信号发射的功率放大模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统的发射机中的功率放大结构，特别是涉及一种 支持OFDM信号发射的功率放大模块。
背景技术：
正交步页分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)的
调制方式有着频谱利用率高，抗衰落，抗码间串扰等诸多优点。目前这种技 术正在被广泛的应用于无线通信领域。OFDM符号是由多个独立的经过调制 的正交子载波信号相加而成，这样的合成信号有可能产生高的峰均比 (PAR)，当这种高峰均比信号通过线性度不足够的功率放大器(PA)时会 产生严重的失真，使子载波间的正交性破坏，产生载波间串扰，从而降低 OFDM信号质量。而且，信号通过非线性功放时会造成频谱展宽，产生难以 消除的邻道干扰。可见，功率放大器的线性是制约OFDM技术发展的一个重 要因素。但是，从功率放大器选择的角度，对于各种类型的功放产品，随着 功放线性指标的增加，功放的价格会以指数方式急剧增加。 一个高线性度功 放的价格经常高于多个低线性度功放的价格之和，因此，如何能创设一种具 有高线性度且价格低廉的功率放大模块，实属当前重要研发课题之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种支持OFDM信号发射的功率放 大模块，它能显著提高发射功率的线性度且成本较低。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本 发明提出的一种支持OFDM信号发射的功率放大模块，其包括功分器，用 于将射频输入信号按功率等分为N路等分信号，其中N》2; N个功率放大 器，分别用于放大所述N路等分信号，并输出N路放大信号，所述N个功 率放大器均工作在线性区域；以及合路器，用于将N路放大信号合成一路作
为射频输出信号输出。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 前述的功率放大模块，所述N个功率放大器为同种型号功率放大器。 前述的功率放大模块，所述功分器输出的N路等分信号之间的相位和/
或幅度一致。
前述的功率放大模块，所述功分器和N个功率放大器之间的N条功分 器走线的电长度均相等。
前述的功率放大模块，所述合路器和N个功率放大器之间的N条合路 器走线的电长度均相等。
前述的功率放大模块，当N^2时，N个功率放大器分为第一功率放大器 和第二功率放大器，所述第一功率放大器与所述功分器之间的走线为第一走 线，所述第二功率放大器和所述功分器之间的走线为第二走线，所述第一走 线与第二走线对称分布，且所述第一功率放大器和所述第二放大器对称分 布。
前述的功率放大模块，当N>2时，N条功分器走线长度均相同，且所 述N条功分器走线的拐角数目相同，所述功分器走线拐角的几何形状也相同。
前述的功率放大模块，所述第一功率放大器与所述合路器之间的走线为 第三走线，所述第二功率放大器和所述合路器之间的走线为第四走线，所述 第三走线与所述第四走线对称分布。
前述的功率放大模块，N个合路器走线长度均相同，且所述N条合路器 走线的拐角数目相同，所述合路器走线拐角的几何形状也相同。
由上述技术方案可知，本发明具有以下有益效果本发明在无线通信发 射系统中，利用多个线性度不足够的功率放大器，实现了线性度明显提高的 功率放大模块，从而支持OFDM高峰均比信号的发射。而且相比单个的高线 性功放，本发明所采用的功率放大模块具有明显的成本优势。
通过以下参照附图对优选实施例的说明，本发明的上述以及其它目的、 特征和优点将更加明显。
图1为本发明支持OFDM信号发射的功率放大模块的示意图2为Wilkinson两路功率分配单元结构图。
图3为本发明较佳实施例的功率放大模块的原理图。
具体实施例方式
下面将详细描述本发明的具体实施例。应当注意，这里描述的实施例只 用于举例说明，并不用于限制本发明。
请参阅图1所述，其为本发明支持OFDM信号发射的功率放大模块的示 意图。该功率放大模块1包括功分器11、 N个功率放大器(即功放)12 和合路器13。其中，功分器ll，用于将射频输入信号按功率等分为N路等 分信号，其中N^2; N个功率放大器，分别用于放大N路等分信号，并输 出N路放大信号，N个功率放大器为同种型号功率放大器且均工作在线性 区域；以及合路器，用于将N路放大信号合成一路作为射频输出信号输出。
其中，N为功分系数，且其取值视现有功放的线性和功率放大模块所要 求的线性度而定。理想情况下，如不考虑功分器、合路器造成的合成功率损 耗，在N路等分的情况下，整个功率放大模块的线性度比单个功率放大器提 高101gNdB。可据此在留有足够余量的前提下，大致推算N的取值，以达到 该功率放大模块的线性要求。
功分器11可以采用集成的功分器件，或搭建如N路输出的Wilkinson 等专门设计的器件。不论是集成功分器还是专门设计功分器，除了考虑输入 输出匹配、隔离度、幅度不平衡、功率容限等通用指标，还主要考量以下主 要指标
a. 功分器各输出支路相位不平衡度。各输出支路的相位不平衡相当于人 为引入多径效应，会使信号质量恶化。因此，在功分器的选择上，要尽量保 证功分器各输出支路的相位一致性，即该N路等分信号之间的相位差不超过 5度。
b. 功分器插损。对于多路并行的该功率放大模块，其中功放12的增益 并没有增加，相反由于功分器11和合路器13的引入，增益还会略有减少， 输入功率压縮点也会随之减少。因此功分器11的插入损耗要尽量小，以保 持足够的增益和线性。
射频输入信号经功分器11分为N路等分信号后，每一路经过同型号的
功率放大器12放大，产生N路放大信号。这里的功放12工作在线性区域， 且需采用同型号的功能放大器，以保证功放相位和幅度的一致性。本领域的 技术人员可以知道，为实现功放相位和幅度的一致，可以使用同一批次的的 功放、保持功放外围器件的一致性、功放电路部分电路输入输出的最佳匹配
N个由功放12输出的放大信号需要使用合路器13将多路信号合成一路 输出。合路可以看作是功分的逆过程，因此合路器13的选择与功分器相对 应。另外，等分信号由于经过功放12的放大后再输入合路器，因此合路器 13需要的功率容限更大。
本发明中，功分器11输出的N路等分信号之间的相位及幅度的一致性， 以及功放12输出的N路放大信号之间的相位及幅度的一致性均与该功率放 大模块l的布局布线有很大关系，尤其是相位一致性，很容易受到布局布线 形式的影响。为控制各支路的相位及幅度不均衡，可采用以下技术方案
功分器11和N个功放之间的N条功分器走线的电长度均相等。合路器 13和N个功放12之间的N条合路器的走线长度均相等。
另外，器件及走线尽量保持对称分布，这样对称支路上的输出相位和幅 度可以基本保证一致。详细地，当N-2时，N个功率放大器分为第一功率放 大器和第二功率放大器，第一功率放大器与功分器11之间的走线为第一走 线，第二功率放大器和功分器11之间的走线为第二走线，第一走线与第二 走线对称分布，且所述第一功率放大器和所述第二放大器对称分布。第一功 率放大器与合路器13之间的走线为第三走线，第二功率放大器和合路器13 之间的走线为第四走线，第三走线与第四走线对称分布。
对于3个以上支路的情况，理论上不可能任一支路都能与其他所有支路 对称。于是，需要控制每一支路的走线，让每一路走线的长度尽量保持相同， 且保证每个支路上的拐角数目相同，每个拐角的几何形状尽量相同。这样使 得不对称支路间的相位幅度不均衡也降到最低。详细地，当N>2时，N条 功分器走线长度均相同，且所述N条功分器走线的拐角数目相同，所述功分 器走线拐角的几何形状也相同。N个合路器走线长度均相同，且所述N条合 路器走线的拐角数目相同，所述合路器走线拐角的几何形状也相同。
下面通过一实施例来详细介绍本发明一种支持OFDM信号发射的功率
放大模块。
在本实施例中，选用Wilkinson两路功率分配/合成单元作为功分器和合 路器，选用Anadigics公司的WLAN高增益高线性功率放大器AWL6153 作为功率放大器。
请参阅图2及图3所示，其中图2为Wilkinson两路功率分配单元结构 图，功率合成单元的结构图与功率分配单元结构图相对应，只是信号的输入 输出与功率分配单元相反。图3为本发明较佳实施例的功率放大模块的原理 图。
如图2所示，由于对称性，射频输入信号的输入功率将平均分配于功率 合成单元的两个输出端，得到同相同模的等分信号。相应的，同相同模的等 分信号经放大为放大信号后输入至功率合成单元，由该功率合成单元合并为 放大信号两倍的功率作为射频信号输出。就功率合成单元而言，根据 Wilkinson功分器原理，若要实现输入与输出负载都等于传输线特性阻抗Z。， 且要保证良好的匹配以及隔离效果，则隔离电阻和支线的特征阻抗值为
将传输线的特性阻抗代入上面的设计公式中可得，Wilkinson两路分配/ 合成单元的支线阻抗Z。,和隔离电阻R分别为Z0I = 70. 7 Q ， R=100 Q 。
如图3所示，功率分配单元31中，Z0二50Q， Z1=Z2 = 70. 7Q， R12二100 Q;功率合成单元33中，相应的Z3二50Q, Z4 = Z5 = 70. 7Q， R13=100Q。 采用本实施例的电路配置，可以较好的实现功率分配单元31和第一功率放 大器321之间的电长度等于功率分配单元31和第二功率放大器322之间的 电长度，第一功率放大器321和功率合成单元33之间的电长度等于第二功 率放大器322和功率合成单元33之间的电长度。另外，第一功率放大器321 与功率分配单元31之间的第一走线与第二功率放大器322和功率分配单元 31之间的走线对称分布，且第一功率放大器321和第二放大器322对称分布， 第一功率放大器321与功率合成单元33之间的第三走线与第二功率放大器 322和功率合成单元33之间的第四走线对称分布。
功率放大器AWL6153的ldB压縮点Pldh=31dBm。由于OFDM信号的高峰
均比的缺点，其线性最大功率输出只能达到25dBm (64QAM ，54Mbps速率)。 为了得到更高的线性输出功率，本实施例中采用两管合成放大器结构，理想 状态下输出功率为25dBm+101g2dB=28dBm。考虑到功率分配器/合成器及线路 损耗，会略小于28dBm。经测试，线性最大功率输出达到27.5dBm (64QAM , 54Mbps速率)。
虽然己参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是 说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而 不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细 节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利 要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
权利要求
1、一种支持OFDM信号发射的功率放大模块，其特征在于，包括功分器，用于将射频输入信号按功率等分为N路等分信号，其中N≥2；N个功率放大器，分别用于放大所述N路等分信号，并输出N路放大信号，所述N个功率放大器均工作在线性区域；以及合路器，用于将N路放大信号合成一路作为射频输出信号输出。
2、 根据权利要求1所述的功率放大模块，其特征在于，所述N个功率 放大器为同种型号功率放大器。
3、 根据权利要求2所述的功率放大模块，其特征在于，所述功分器输 出的N路等分信号之间的相位和/或幅度一致。
4、 根据权利要求2所述的功率放大模块，其特征在于，所述功分器和N 个功率放大器之间的N条功分器走线的电长度均相等。
5、 根据权利要求2所述的功率放大模块，其特征在于，所述合路器和N 个功率放大器之间的N条合路器走线的电长度均相等。
6、 根据权利要求4所述的功率放大模块，其特征在于，当N=2时，N 个功率放大器分为第一功率放大器和第二功率放大器，所述第-一功率放大器 与所述功分器之间的走线为第一走线，所述第二功率放大器和所述功分器之 间的走线为第二走线，所述第一走线与第二走线对称分布，且所述第一功率 放大器和所述第二放大器对称分布。
7、 根据权利要求4所述的功率放大模块，其特征在于，当N〉2时，N 条功分器走线长度均相同，且所述N条功分器走线的拐角数目相同，所述功 分器走线拐角的几何形状也相同。
8、 根据权利要求6所述的功率放大模块，其特征在于，所述第一功率 放大器与所述合路器之间的走线为第三走线，所述第二功率放大器和所述合 路器之间的走线为第四走线，所述第三走线与所述第四走线对称分布。
9、 根据权利要求7所述的功率放大模块，其特征在于，N个合路器走 线长度均相同，且所述N条合路器走线的拐角数目相同，所述合路器走线拐 角的几何形状也相同。
全文摘要
本发明公开了一种支持OFDM信号发射的功率放大模块，其包括功分器，用于将射频输入信号按功率等分为N路等分信号，其中N≥2；N个功率放大器，分别用于放大所述N路等分信号，并输出N路放大信号，所述N个功率放大器均工作在线性区域；以及合路器，用于将N路放大信号合成一路作为射频输出信号输出。本发明的功率放大模块能显著提高发射功率的线性度且成本较低。
文档编号H04B1/04GK101394387SQ200810178260
公开日2009年3月25日 申请日期2008年11月17日 优先权日2008年11月17日
发明者傅丹波, 伟 刘 申请人:北京天碁科技有限公司