专利名称：：增益起伏调节电路及方法
技术领域：
：本发明涉及一种电路，尤其是一种增益起伏调节电路。本发明还涉及一种增益起伏调节方法。
背景技术：
：射频功率放大器在无线通信领域有着广泛的应用。近年来，随着信号调制方式的增多，为了满足对功放日益增高的效率和线性度要求，开发出了多级功放、前馈技术和不平衡放大等新型的设计，在这些新型功放设计当中，增益起伏技术是关键技术之一。增益起伏是指直放站有效工作频带内最大和最小电平的差值，用来衡量带内的增益波动。通常对带内增益起伏的要求不会超过3dB,如果增益起伏指标过差，将会导致带内系统输出功率不一致，造成线性度的恶化，输出信号的失真，如果应用在通信系统中，则会影响EVM和PCDE指标，造成通信质量的恶化。在线性功率放大器中，大功率单管放大器的频率特性曲线在一定频段范围内是比较稳定的。但当系统工作在宽带范围内或是经过多级放大器级联之后，大功率管的增益起伏则会出现一定程度的恶化。同时由于射频电路中各个器件频域响应的不同，不同频率时在电路中体现的增益或是损耗的变化也会给系统的带内波动带来更多的不确定性。实际工作中的系统带内增益指标容易受以下几方面的影响1.器件本身阻抗特性造成的增益起伏恶化。在功放电路中除了放大器外，器件本身的阻抗特性是引起系统增益起伏倾斜的原因之一。在高频使用环境中，器件在不同频率下表征的S参数特性不同。例如对于小信号放大器，800MHz频段至2GHz频段内的增益指标有较大的差别，但在窄带内的波动较小。而对于工作在3G频段的大功率放大器MOSFET管，增益起伏则是较为敏感的指标，在输出功率较大时，尤为容易受到影响而恶化。除此之外，电路中器件的差损在不同频段下也可能会有较大的差异。2.调试大功率管引起的增益起伏恶化。(1)线性调试在对功率放大器进行调试的过程中，线性是首先需要关注的指标之一。线性指标表征功放能否不失真的放大信号的能力，在实际测试中一般使用ACPR和ACPR来表征。线性指标ACPR为相邻信道功率比，它度量了干扰或者说是相邻频率信道功率的大小，通常定义为相邻频道(或偏移)内平均功率与发射信号频道内的平均功率之比。ACLR则指的是邻信道功率泄漏比，也是表征系统线性的重要指标。3G协议上对基站ACPR的要求一般是-45dBc左右，目前普遍采用的数字预失真(DPD)技术对功率放大器线性的改善一般为2025dB，这就要求功率放大器本身线性需优于-25dBc。实践中一般要求该值为-35dBc，以留出生产等方面的余量。功放线性调试的内容主要是对末级放大器的输出匹配电路进行调试，当功率放大器的输出功率较大时，输出匹配电路会比较敏感，因此线性指标调试必然影响到放大器的增益起伏指标。(2)峰值和效率调试在对功率放大器进行调试的过程中，峰值调试也是极为重要的一个过程。峰值功率是指电源在单位时间内，电路元件上能量的最大变化量，是具有大小及正负的物理量，在这里特指峰值输出功率。峰值功率越大，电源所能负载的设备也就越多。功放的效率则是由功放的输出功率和消耗能量的比值所确定，表征功放能量转换效率的指标。与对线性指标的调试相同，功放高峰值和高效率也是通过对功放输出匹配电路的调节来实现的，由于匹配电路的敏感性，这两项指标的调试也必然影响到系统的增益起伏指标。目前的无线通信射频功率放大器通常都由数级放大器级联而成。为了使系统的线性性能，峰值功率能力和效率性能达到最佳，系统的带内起伏性能就会变差。而放大器系统对带内起伏也有严格的要求，特别是在诸如前馈放大器这样的系统中，对放大器环路的带内起伏要求非常苛刻，通常要求小于0.5dB。为了使放大器的带内起伏性能达到此要求，目前比较通用的调节功放管增益起伏的方法是，调节放大器系统中每级放大器的增益起伏，从而使系统的增益起伏达到指标；由于放大器的线性，峰值和效率与其带内增益起伏不能同时达到最佳，因此当放大器的增益起伏性能非常好时，必然会牺牲放大器的线性，峰值以及效率指标。而考虑到线性，峰值和效率指标的重要性以及他们跟增益起伏指标相悖的关系，在大功率调试中往往会以牺牲增益起伏为代价来提升前三个指标。另外一种方法是在功率放大器系统的小信号部分或是大功率部分并联一些电抗性器件(例如电容)来调节系统的增益起伏，但是该办法能够调节在那增益起伏范围非常有限，而且其驻波性能极差，会使系统的稳定性存在不足。
发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种增益起伏调节电路，以及一种增益起伏调节方法，能够在较大范围内对电路增益起伏进行调节的电路，对放大器增益在频域范围内的倾斜进行补偿，从而改善带内波动指标，保证功放的线性度和正常工作，并且控制方便，简单易行，成本较低。为解决上述技术问题，本发明增益起伏调节电路的技术方案是，包括第一谐振电路，包括连接在一个3dB电桥的90度相位端与地之间的第一50Q微带线，所述第一50Q微带线上与所述3dB电桥连接的一端附近与地之间并联有一电容C1和一电阻R1，一可变电容D1的一端接地，另一端与所述第一50Q微带线的中部之间连接有一电容C3;第二谐振电路，包括连接在所述3dB电桥的0度相位端与地之间的第二50Q微带线，所述第二50Q微带线上与所述3dB电桥连接的一端附近与地之间并联有一电容C2和一电阻R2，一可变龟容D2的一端接地，另一端与所述第二50Q微带线的中部之间连接有一电容C4;3dB电桥，连接输入信号，将所述输入信号均分为两路，一路直接由所述0度相位端输出给所述第二谐振电路，另一路在延迟90度之后由所述90度相位端输出给所述第一谐振电路，之后接收由所述第一谐振电路和所述第二谐振电路处理并反射的两路信号，将接收的两路信号合成后由隔离端输出。本发明增益起伏调节方法的技术方案是，信号进入所述3dB电桥之后被均分为完全对称的两路信号，第一路直接由所述0度相位端输出给所述第二谐振电路，第二路在延迟90度之后由所述90度相位端输出给所述第一谐振电路，所述第一路信号经过所述第二谐振电路处理并且反射回所述0度相位端，所述第二路信号经过所述第一谐振电路处理并且反射回所述90度相位端，所述3dB电桥将反射回来的两路信号重新合成并通过电桥的隔离端输出，对所述第一谐振电路的可变电容D1和所述第二谐振电路的可变电容D2进行调节，从而控制输出信号的功率。本发明通过对于可变电容的调节改变谐振电路的谐振点，对放大信号的增益进行调节，能够在较大范围内对电路增益起伏进行调节的电路，对放大器增益在频域范围内的倾斜进行补偿，改善了带内波动指标，保证功放的线性度和正常工作，并且控制方便，简单易行，成本较低。下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明图1为本发明增益起伏调节电路的电路图；图2为谐振电路阻抗与频率的曲线图；图3为谐振电路的S参数与频率的曲线图；图4为变容二极管电容与电压的曲线图；图5为本发明增益起伏调节电路另一实施例的电路图；图6图8为理想状态下增益上升时本发明增益起伏调节电路对增益进行调节的曲线图；图9图11为理想状态下增益下降时本发明增益起伏调节电路对增益进行调节的曲线图；图12图14为实践中增益发生变化时本发明增益起伏调节电路对增益进行调节的曲线图。具体实施方式本发明增益起伏调节电路，其结构如图l所示，包括第一谐振电路，包括连接在一个3dB电桥的90度相位端与地之间的第一50Q微带线，所述第一50Q微带线上与所述3dB电桥连接的一端附近与地之间并联有一电容C1和一电阻R1，一可变电容D1的一端接地，另一端与所述第一50Q微带线的中部之间连接有一电容C3;第二谐振电路，包括连接在所述3dB电桥的0度相位端与地之间的第二50Q微带线，所述第二50Q微带线上与所述3dB电桥连接的一端附近与地之间并联有一电容C2和一电阻R2，一可变电容D2的一端接地，另一端与所述第二50Q微带线的中部之间连接有一电容C4;3dB电桥，连接输入信号，将所述输入信号均分为两路，一路直接由所述0度相位端输出给所述第二谐振电路，另一路在延迟90度之后由所述90度相位端输出给所述第一谐振电路，之后接收由所述第一谐振电路和所述第二谐振电路处理并反射的两路信号，将接收的两路信号合成后由隔离端输出。谐振电路可以采用并联谐振回路或者串联谐振回路来实现该增益起伏调节电路，由于串联谐振回路品质因数较差，会使谐振回路的通频带显著变坏(通频带过宽)，因此本发明采用并联谐振电路。图2所示为并联谐振电路阻抗随频率变化曲线，当电路处于谐振频率时，电路阻抗呈现出纯阻，且达到最大值。如果信号频率小于谐振频率，则电路呈现出感性(Inductive),如果信号频率大于谐振频率，则电路呈现出容性(Capacitive)。图3是在实现增益起伏调节功能的过程中，通过对电容阻抗谐振电路S参数仿真的结果。该并联谐振电路在谐振点两边呈现出相反的S21曲线的特性，当系统工作频段落在增益起伏调节电路谐振点下方时，此时电路呈现出感性(Inductive)，电路增益呈下降趋势，当系统工作频段落在增益起伏调节电路谐振点上方时，电路呈现出容性(Capacitive),同时电路增益呈上升趋势。该增益变化曲线在以谐振点为中心，10MHz15丽z的范围内可以实现》土2dB的增益起伏调节能力，同时调整谐振电路的阻抗和电路匹配方式，可以在宽频段范围内移动谐振点，使得该电路可以作为宽频带增益起伏调节电路使用。所述可变电容Dl和D2为压控变容器件，所述可变电容Dl与所述电容C3连接的一端，以及所述可变电容D2与所述电容C4连接的一端都连接有控制电压端VCC。所述压控变容器件Dl和D2为变容二极管。为简化电路调试，采用电压控制可变容抗和阻抗的器件作为该增益起伏调节电路中的谐振元件，通过改变器件上电压值VCC，改变器件的R值和C值。有谐振频率公式由此可知，增益起伏调节电路谐振频率随变容器件上电压值变化而前后移动。压控变容器件中容抗变化曲线如图4所示，由公式可知谐振电路的谐振点由变容管Dl和D2、并联电容Cl和C2，以及第一50Q微带线和第二50Q微带线的微带电感L决定，谐振点的深度由电阻R1和R2决定，当变容器件两端的电压值从OV到12V变化时，其内部电容特性参数从9pF至lpF逐步变化。再调节Rl和R2、Cl和C2以及第一50Q微带线和第二50Q微带线的长度，由公式得知，Fo会相应改变，并可以获得需要的谐振深度。为了提高本发明增益起伏调节电路的性能，如图5所示，所述3dB电桥的信号输入端连接有一第三50Q微带线，所述3dB电桥的隔离端连接有一第四50Q微带线，所述电阻Rl与所述第一50Q微带线之间通过一第五50Q微带线连接，所述电阻R2与所述第二50Q微带线之间通过一第六50Q微带线连接，所述电容Cl与所述第一50Q微带线之间通过一第七50Q微带线连接，所述电容C2与所述第二50Q微带线之间通过一第八50Q微带线连接。所述3dB电桥的输出信号连接到功率放大器电路的信号输入端。本发明还提供了一种上述电路进行增益起伏调节的方法，参见图1和图5所示，信号由RFin进入所述3dB电桥之后被均分为完全对称的两路信号，第一路直接由所述0度相位端输出给所述第二谐振电路，第二路在延迟90度之后由所述90度相位端输出给所述第一谐振电路，由于所述第一50Q微带线和第二50Q微带线都是接地的，因此射频信号会发生反射，所述第一路信号经过所述第二谐振电路处理并且反射回所述0度相位端，所述第二路信号经过所述第一谐振电路处理并且反射回所述90度相位端，所述3dB电桥将反射回来的两路信号重新合成并由电桥的隔离端RFout输出，对所述第一谐振电路的可变电容Dl和所述第二谐振电路的可变电容D2进行调节，从而控制输出信号的功率。由于Dl和D2可以采用压控变容器件，因此可以通过控制电压端VCC电压的变化对所述压控变容器件Dl和D2进行控制。本发明增益起伏调节电路连接在功率放大器电路的前端，所述功率放大器电路的负反馈端连接至所述控制电压端VCC，对增益进行负反馈控制。针对在功放电路中大功率管调试中出现的增益起伏异常的现象，需要本发明增益起伏调节电路做出不同的补偿。在理想状态下，如图6所示，大功率管在工作频带内的增益呈现出上升趋势，低频端增益为Gl，高频端增益为G2，带内增益起伏为DeltaGainl=Gl_G2，图7为增益起伏调节电路进行起伏调节的曲线，调节控制电压VCC使低端与高端之差为DeltaGain2=G3—G4,当DeltaGainl二DeltaGain2时，二者合成后的理想系统增益曲线应为水平直线，如图8所示，实现了对大功率管增益平起伏的补偿，达到了改善系统增益起伏的效果。反之，当相应的大功率管在带内的增益出现下降的趋势时，系统带内增益起伏为DeltaGainl=Gl—G2，如图9所示，图10为增益起伏调节电路进行起伏调节的曲线，曲线低端与高端之差为DeltaGain2=G3—G4，调节控制电压VCC使DeltaGainl=DeltaGain2，起伏调节电路提供了上升趋势的补偿曲线，使合成曲线仍为水平直线，达到如图11所示的技术效果。在实际应用中，大功率管增益起伏曲线还会呈现一些特殊形式，例如图12所示，大功率管增益起伏曲线为先上升后下降的曲线，由电容谐振曲线的特性可知，增益起伏调节电路仍可以作出相应调整，在改变电容电阻数值并对匹配电路进行适当调节之后，改变电路的谐振点，当谐振频率落入带内中心位置时，增益起伏调节电路即可以完成对特殊增益起伏状态下的增益补偿功能,使得增益起伏调节电路进行起伏调节的曲线如图13所示，合成之后。系统输出的增益曲线为水平直线，如图14所示。本发明提供的一种增益起伏调节电路及方法，可以应用于功率放大器系统。现有的功率放大器系统，当峰值和效率最佳时的增益起伏为带内上升2.5dB，而采用本射频增益起伏调节电路对其进行补偿，可以大大降低增益的起伏。本发明增益起伏调节电路位于功放前级小信号电路，调节C1、C2、Rl、R2的数值改变谐振频率的位置，调节Rl和R2的数值改变谐振点的深度，同时改变控制电压数值VCC改变变容器件的特性，对电路谐振特性进行微调。试验结果显示，当Cl和C2为20pF，Rl和R2为47Q，偏置电压为2V时，该射频增益起伏调节电路可以提供所需频带内下降2.2dB的特性，如表1所示，同时电路差损小于3.7dB，经补偿后的功放系统增益起伏曲线为带内上升0.3dB，使系统带内增益起伏指标得到大大改善。偏置电不同频率下增益起伏调节电增益起压路的插入损耗(dB)伏<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表l综上所述，本发明通过对于可变电容的调节改变谐振电路的谐振点，对放大信号的增益进行调节，能够在较大范围内对电路增益起伏进行调节的电路，对放大器增益在频域范围内的倾斜进行补偿，改善了带内波动指标，保证功放的线性度和正常工作，并且控制方便，简单易行，成本较低。权利要求1.一种增益起伏调节电路，其特征在于，包括第一谐振电路，包括连接在一个3dB电桥的90度相位端与地之间的第一50Ω微带线，所述第一50Ω微带线上与所述3dB电桥连接的一端附近与地之间并联有一电容C1和一电阻R1，一可变电容D1的一端接地，另一端与所述第一50Ω微带线的中部之间连接有一电容C3；第二谐振电路，包括连接在所述3dB电桥的0度相位端与地之间的第二50Ω微带线，所述第二50Ω微带线上与所述3dB电桥连接的一端附近与地之间并联有一电容C2和一电阻R2，一可变电容D2的一端接地，另一端与所述第二50Ω微带线的中部之间连接有一电容C4；3dB电桥，连接输入信号，将所述输入信号均分为两路，一路直接由所述0度相位端输出给所述第二谐振电路，另一路在延迟90度之后由所述90度相位端输出给所述第一谐振电路，之后接收由所述第一谐振电路和所述第二谐振电路处理并反射的两路信号，将接收的两路信号合成后由隔离端输出。2.根据权利要求1所述的增益起伏调节电路，其特征在于，所述可变电容Dl和D2为压控变容器件，所述可变电容Dl与所述电容C3连接的一端，以及所述可变电容D2与所述电容C4连接的一端都连接有控制电压端VCC。3.根据权利要求2所述的增益起伏调节电路，其特征在于，所述压控变容器件Dl和D2为变容二极管。4.根据权利要求1所述的增益起伏调节电路，其特征在于，所述3dB电桥的信号输入端连接有一第三50Q微带线，所述3dB电桥的隔离端连接有一第四50Q微带线。5.根据权利要求1所述的增益起伏调节电路，其特征在于，所述电阻Rl与所述第一50Q微带线之间通过一第五50Q微带线连接；所述电阻R2与所述第二50Q微带线之间通过一第六50Q微带线连接。6.根据权利要求1所述的增益起伏调节电路，其特征在于，所述电容Cl与所述第一50Q微带线之间通过一第七50Q微带线连接；所述电容C2与所述第二50Q微带线之间通过一第八50Q微带线连接。7.根据权利要求1所述的增益起伏调节电路，其特征在于，所述3dB电桥的输出信号连接到功率放大器电路的信号输入端。8.—种增益起伏调节方法，其特征在于，信号进入所述3dB电桥之后被均分为完全对称的两路信号，第一路直接由所述0度相位端输出给所述第二谐振电路，第二路在延迟90度之后由所述90度相位端输出给所述第一谐振电路，所述第一路信号经过所述第二谐振电路处理并且反射回所述0度相位端，所述第二路信号经过所述第一谐振电路处理并且反射回所述90度相位端，所述3dB电桥将反射回来的两路信号重新合成并通过电桥的隔离端输出，对所述第一谐振电路的可变电容D1和所述第二谐振电路的可变电容D2进行调节，从而控制输出信号的功率。9.根据权利要求8所述的增益起伏调节方法，其特征在于，通过控制电压端VCC电压的变化对所述压控变容器件Dl和D2进行控制。10.根据权利要求8所述的增益起伏调节方法，其特征在于，所述功率放大器电路的负反馈端连接至所述控制电压端VCC。全文摘要本发明公开了一种增益起伏调节电路，包括相互并联的第一谐振电路和第二谐振电路，所述第一谐振电路连接到一个3dB电桥的90度相位端，所述第二谐振电路连接到所述3dB电桥的0度相位端。本发明还公开了一种增益起伏调节方法，信号进入所述3dB电桥之后被均分为两路，分别进入第一谐振电路和第二谐振电路，两个谐振电路将信号处理并反射回所述3dB电桥，3dB电桥将两路信号重新合成并输出，对两个谐振电路的可变电容进行调节，从而调节电路的带内增益起伏。本发明通过对于可变电容的调节改变谐振电路的谐振点，对放大器增益在频域范围内的倾斜进行补偿，改善了带内波动指标，保证功放的线性度和正常工作，并且控制方便，简单易行，成本较低。文档编号H03G3/20GK101119098SQ20071009401公开日2008年2月6日申请日期2007年8月14日优先权日2007年8月14日发明者天夏,瑜夏申请人:锐迪科无线通信技术(上海)有限公司