[发明专利]具有可调整振幅和形状的预失真线性化设备

说明书

技术领域

本发明涉及被称作“前置补偿器(predistorter)”的线性化设备领域，所述线性化设备例如被用在功率放大设备的上游(或输入)以便补偿它们的一种和多种非线性。

背景技术

如本领域技术人员已知，线性化电路(linearizer)是可以补偿功率放大器(例如HPA(“高功率放大器High Power Amplifier”类型))的增益压缩(用于“振幅-振幅调制转换”的“AM/AM”)以及其插入相位根据入射功率的函数的变化(用于“振幅相位调制转换(Amplitude-Phase Modulation conversion)”的“AM/PM”)。通常在某些领域(例如空间领域)中所使用的功率放大器是行波管放大器(或TWTA)或固态功率放大器(或SSPA)。

通常在卫星有效载荷中所使用的线性化原理是预失真。预失真线性化电路是位于功率放大器的输入上游的设备。所述功率放大器必须具有根据其输出功率的增益和相位响应，所述输出功率是所必须耦合的功率放大器的输出功率的逆(根据其输入功率)，首先按照变化方向(代替增益压缩的增益扩充)，其次按照变化振幅(例如在放大器具有-7dB和-40度饱和压缩的情况下具有+7dB的增益扩充以及+40度的相位扩充)，以及第三，按照特性形式(也被称作“形状”)以便“紧密地遵循”放大器的整个特性由此使其全部范围线性化来考虑有效载荷信号的包络线和输入功率的变化(以用于调节线性化电路，用户利用单个载波信号(carrier signal CW)来推断，但是有效载荷信号携带调制并且大部分情况下具有不恒定的包络线)。

可以调节预失真线性化电路的增益和相位扩充的振幅使得其响应与要线性化的功率放大器相匹配。不巧地是，线性化电路和相关联的放大器的压缩和扩充形状在大部分情况下是不完全相同的，因此线性化并不完美。例如，如果线性化电路具有缓慢的增益扩充(即接近于直线)，那么放大器的压缩相对猛烈(即接近于指数函数)，线性化电路的调节——其对应于放大器饱和的总补偿——导致低于饱和的输入功率的高反向过度补偿，这通常会在线性化放大器的整个功率范围内使线性度降级。在这种情况下，则通过补偿并非放大器所有的压缩以免执行太多的反向过度补偿来获得最优调节。

大部分预失真线性化电路使用诸如肖特基二极管(Schottkydiodes)之类的非线性元件。于是在存在高功率级RF信号的情况下，在线性化电路在传输中根据其输入功率的非线性特性在存在高功率级RF信号的情况下是基于被称作二极管自偏置的机制的。根据RF功率演化偏置点实际上按照被展示给入射RF信号的电阻抗来诱发二极管的特定特性。二极管的两种主要类型偏置可能导致非线性自偏置特性，其根据二极管是否由电压产生器经由串联安装的高值或低值电阻器供电而不同。

在通过高值电阻器(R)来进行偏置的情况下，当输入RF信号的功率增加时，用于为二极管供电的电流(I_D)增加，由此在此二极管端子的电压V_D减小(V_D＝V_LIN-RI_D，V_LIN是线性化电路的供电电压)。从而，经过二极管的电流基本上是恒定的。

在通过低值电阻器(R)进行偏置的情况下，当输入RF信号的功率增加时，穿过二极管的电流增加，这是因为在此二极管端子的电压V_D基本上是恒定的(V_D≈V_LIN)。

于是二极管被用为根据线性化电路中的输入RF功率来改变的电阻抗，所述线性化电路负责把此电阻抗变化转换为其所形成部分的设备传输参数的变化。因此，二极管例如可以反射中用作混合耦合器(hybrid coupler)的负载，或者在传播线路上的传输中和在串联和并联配置中使用。

已经提出了使用(上述)常规的自偏置非线性机制的许多设备，例如在专利文件US 4,992,754、US 4,068,186、FR 2,719,954、FR2,791,197和FR 2,833,431中描述了所述设备。

不巧地是，此常规的自偏置非线性机制总是只产生一种类型的线性化电路的增益和相位扩充曲线，由此不能控制所述扩充的形状(形式)。

发明内容 

因此本发明的目的在于允许控制预失真线性化电路的扩充形状以便在功率放大器的整个范围来显著地增强它们的线性化作用。

据此，本发明提出具有增益和相位扩充的预失真线性化设备，用于补偿功率放大器的增益压缩和相位变化。