耦合网络、功放装置及通信终端 |
|||||||
| 申请号 | CN201610031347.1 | 申请日 | 2016-01-18 | 公开(公告)号 | CN106982181A | 公开(公告)日 | 2017-07-25 |
| 申请人 | 中兴通讯股份有限公司; | 发明人 | 杨云博; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种耦合网络、功放装置及通信终端；该耦合网络包括至少四个端口及非互易 耦合器 匹配 电路 ，其中至少一个端口为阻抗可变端口，阻抗可变端口用于连接阻抗可变电路，与阻抗可变端口对应的耦合器隔离端口为非互易耦合器匹配端口，非互易耦合器匹配端口所属反馈控制链路的反馈端口用于连接 数字预失真 电路；非互易耦合器匹配端口连接非互易耦合器匹配电路，非互易耦合器匹配电路用于使反射干扰 信号 及发射 干扰信号 反向 叠加 。通过本发明的实施，在使用时，非互易耦合器匹配电路使的反射干扰信号及发射干扰信号反向叠加，将射频 能量 转换为 热能 散出，在不影响正常耦合信号的 基础 上最大限度的降低其受到的干扰。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种耦合网络，其特征在于，包括至少四个端口及非互易耦合器匹配电路，其中至少一个端口为阻抗可变端口，所述阻抗可变端口用于连接阻抗可变电路，与所述阻抗可变端口对应的耦合器隔离端口为非互易耦合器匹配端口，所述非互易耦合器匹配端口所属反馈控制链路的反馈端口用于连接数字预失真电路；所述非互易耦合器匹配端口连接所述非互易耦合器匹配电路，所述非互易耦合器匹配电路用于使反射干扰信号及发射干扰信号反向叠加。 |
||||||
| 说明书全文 | 耦合网络、功放装置及通信终端技术领域[0001] 本发明涉及射频功放通信领域，尤其涉及一种耦合网络、功放装置及通信终端。 背景技术[0002] Doherty功放是无线通信系统目前最为广泛应用的一种高效率功放技术，它是由一位名叫William H.Doherty的美国电子工程师于1936年发明的。但是在接下来的大约三十年时间里，人们的注意力转移了。直到六十年代末期，随着通信技术，特别是卫星通信的发展，将功率放大器的效率和线性问题在一个新的历史场合重新提出，Doherty放大器又被挖掘出来，广泛应用于七十年代的通信和广播系统中。到今天，Doherty功放与DPD(Digital Pre-distortion，数字预失真)技术结合应用，成为无线通信系统基站高效率功放主流的构架形式。 [0003] 作为基站最核心的功能单元，功放部分Doherty技术已经成为成熟的放大器设计方案，而作为线性改善的手段，DPD对于功放的校正效果尤为重要。尤其对于国内外的高端市场，其线性、近端杂散的要求往往是产品核心竞争力的体现，因此，功放提供给DPD的用于线性校正信号的质量就显得尤为重要。高精度、低干扰的信号能最大限度的发挥DPD的校正能力，极大提升产品竞争力。 [0004] 但是，如图1所示，目前主流的功放耦合网络无论是微带耦合还是集成器件耦合，其端口阻抗设计都是按典型的特征阻抗固定值设计，在仿真时效果较好，而应用于Doherty这种可变输出阻抗构架时，如图7所示，其隔离度及方向性较差。 [0005] 针对上述问题，提出一种可以解决当应用到可变输出阻抗构架时，现有典型耦合网络的隔离度较差的技术，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。 发明内容[0006] 本发明提供了一种耦合网络、功放装置及通信终端，以解决当应用到可变输出阻抗构架时，现有典型耦合网络的隔离度较差的问题。 [0007] 本发明提供了一种耦合网络，其包括至少四个端口及非互易耦合器匹配电路，其中至少一个端口为阻抗可变端口，阻抗可变端口用于连接阻抗可变电路，与阻抗可变端口对应的耦合器隔离端口为非互易耦合器匹配端口，非互易耦合器匹配端口所属反馈控制链路的反馈端口用于连接数字预失真电路；非互易耦合器匹配端口连接非互易耦合器匹配电路，非互易耦合器匹配电路用于使反射干扰信号及发射干扰信号反向叠加。 [0008] 进一步的，非互易耦合器匹配电路包括与阻抗可变电路的阻容相应的阻容器件，阻容器件一端连接非互易耦合器匹配端口，另一端接地。 [0009] 进一步的，阻容器件包括集总电抗元件。 [0010] 进一步的，非互易耦合器匹配电路包括第一、二、三电解电容及第一、二、三电阻；第一电容的电解极连接非互易耦合器匹配端口，另一极连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接第二电解电容的电解极及第二电阻的一端，第二电解电容的另一极接地，第二电阻的另一端连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第三电解电容的电解极，第三电解电容的另一极接地。 [0011] 进一步的，非互易耦合器匹配电路还用于根据阻容控制信号改变阻容。 [0012] 进一步的，非互易耦合器匹配电路具体用于改变反射干扰信号和/或发射干扰信号的相位，使反射干扰信号及发射干扰信号反向叠加。 [0013] 本发明提供了一种功放装置，其包括阻抗可变电路、数字预失真电路及本发明提供的耦合网络，通过阻抗可变电路发射信号，耦合网络的阻抗可变端口连接阻抗可变电路，数字预失真电路连接非互易耦合器匹配端口所属反馈控制链路的反馈端口，获取并利用反馈信号校正阻抗可变电路工作。 [0014] 进一步的，阻抗可变电路包括Doherty电路。 [0015] 进一步的，耦合网络包括四个端口，阻抗可变端口所属的前向耦合链路的输出端口连接环形器。 [0016] 进一步的，还包括控制电路，控制电路用于获取阻抗可变电路的阻容，生成并根据阻容控制信号改变非互易耦合器匹配电路的阻容。 [0017] 本发明提供了一种通信终端，其包括本发明提供的功放装置。 [0018] 本发明的有益效果： [0019] 本发明提供了一种耦合网络，其至少一个端口为阻抗可变端口，在使用时，阻抗可变端口连接阻抗可变电路，与阻抗可变端口对应的耦合器隔离端口为非互易耦合器匹配端口，非互易耦合器匹配端口所属反馈控制链路的反馈端口用于连接数字预失真电路；非互易耦合器匹配端口连接非互易耦合器匹配电路，非互易耦合器匹配电路使的反射干扰信号及发射干扰信号反向叠加，将射频能量转换为热能散出，在不影响正常耦合信号的基础上最大限度的降低其受到的干扰。同时，DPD在接收到前向信号后对功放输入信号做预失真进行校正，利用传统的耦合方式无法消除多径干扰导致的不同相位信号叠加造成的信号失真，DPD无法判断其和主信号的差异，导致校正效果变差，而采用本专利所设计的耦合网络，可确保耦合信号和主信号波形的一致性，最大限度的发挥DPD校正效果。附图说明 [0020] 图1为现有耦合网络的结构示意图； [0021] 图2为本发明第一实施例提供的耦合网络的结构示意图； [0022] 图3为本发明第二实施例提供的功放装置的结构示意图； [0023] 图4为本发明第三实施例提供的耦合网络的电路图； [0024] 图5为本发明第三实施例中耦合网络的工作原理图； [0025] 图6为本发明第三实施例中功放装置的电路图； [0026] 图7为现有耦合网络在端口阻抗变化时的方向性； [0027] 图8为本发明第三实施例中的耦合网络在端口阻抗变化时的方向性。 具体实施方式[0028] 现通过具体实施方式结合附图的方式对本发明做出进一步的诠释说明。 [0029] 第一实施例： [0030] 图2为本发明第一实施例提供的耦合网络的结构示意图，由图2可知，在本实施例中，本发明提供的耦合网络1包括：至少四个端口(p1、p2、p3及p4)及非互易耦合器匹配电路11，其中至少一个端口p1为阻抗可变端口，阻抗可变端口用于连接阻抗可变电路2，与阻抗可变端口p1对应的耦合器隔离端口p4为非互易耦合器匹配端口，非互易耦合器匹配端口p4所属反馈控制链路的反馈端口p3用于连接数字预失真电路3；非互易耦合器匹配端口p4连接非互易耦合器匹配电路11，非互易耦合器匹配电路11用于使反射干扰信号及发射干扰信号反向叠加。 [0031] 在一些实施例中，上述实施例中的非互易耦合器匹配电路11包括与阻抗可变电路的阻容相应的阻容器件，在实际应用中，相应包括阻容大小等同，阻容器件一端连接非互易耦合器匹配端口，另一端接地。 [0032] 在一些实施例中，上述实施例中的阻容器件包括集总电抗元件。 [0033] 在一些实施例中，上述实施例中的非互易耦合器匹配电路11包括第一、二、三电解电容及第一、二、三电阻；第一电容的电解极连接非互易耦合器匹配端口，另一极连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接第二电解电容的电解极及第二电阻的一端，第二电解电容的另一极接地，第二电阻的另一端连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第三电解电容的电解极，第三电解电容的另一极接地。 [0034] 在一些实施例中，上述实施例中的非互易耦合器匹配电路11还用于根据阻容控制信号改变阻容。 [0035] 在一些实施例中，上述实施例中的非互易耦合器匹配电路11具体用于改变反射干扰信号和/或发射干扰信号的相位，使反射干扰信号及发射干扰信号反向叠加。 [0036] 第二实施例： [0037] 图3为本发明第二实施例提供的功放装置的结构示意图，由图3可知，在本实施例中，本发明提供的功放装置，其包括： [0038] 阻抗可变电路2、数字预失真电路3及本发明提供的耦合网络1，通过阻抗可变电路2发射信号，耦合网络1的阻抗可变端口连接阻抗可变电路2，数字预失真电路3连接非互易耦合器匹配端口所属反馈控制链路的反馈端口，获取并利用反馈信号校正阻抗可变电路2工作。 [0039] 在一些实施例中，上述实施例中的阻抗可变电路2包括Doherty电路。 [0040] 在一些实施例中，上述实施例中的耦合网络包括四个端口，阻抗可变端口所属的前向耦合链路的输出端口连接环形器。 [0041] 如图3所示，在一些实施例中，上述实施例中的功放装置还包括控制电路4，控制电路用于获取阻抗可变电路的阻容，生成并根据阻容控制信号改变非互易耦合器匹配电路的阻容。 [0042] 对应的，本发明提供了一种通信终端，其包括本发明提供的功放装置。 [0043] 现结合具体应用场景对本发明做进一步的诠释说明。 [0044] 第三实施例： [0045] 本发明提供的一种高方向性非互易耦合网络的设计思路，其应用范围涵盖了输入、输出阻抗不匹配条件下的所有耦合设计，能在保证正常耦合信号不受影响的基础上将低其受到的反射信号干扰，在需要高精度耦合信号的场景中具有广泛应用。 [0046] 本实施例是作为基站功放中Doherty输出耦合网络设计中使用。作为基站最核心的功能单元，功放部分Doherty技术已经成为成熟的放大器设计方案，而作为线性改善的手段，DPD对于功放的校正效果尤为重要。尤其对于国内外的高端市场，其线性、近端杂散的要求往往是产品核心竞争力的体现，因此，功放提供给DPD的用于线性校正信号的质量就显得尤为重要。高精度、低干扰的信号能最大限度的发挥DPD的校正能力，极大提升产品竞争力。正如前文所说，而可惜的是，目前主流的功放耦合网络无论是微带耦合还是集成器件耦合，其端口阻抗设计都是按典型的特征阻抗固定值设计，在仿真时效果较好，而应用于Doherty这种可变输出阻抗构架时，其隔离度指标往往不尽如人意，本申请提出的一种耦合网络优化策略，在Doherty构架上能提升10dB隔离度以上，能有效降低干扰信号对耦合信号的影响，提升DPD改善效果。 [0047] 采用现有耦合网络，在设备工作中，出现了功放前向网络受到反射信号的干扰，影响DPD校正效果，功放线性指标恶化2dB，经过定位发现，其原因为耦合器方向性远未达到设计目标，而采用外购的耦合器模块存在同样的问题，因此是电路应用中环境改变导致的耦合器方向性恶化。 [0048] 如图1所示，经典的微带耦合器设计基于4端口全部是互易实现，而在实际应用中，放前向网络由于Doherty构架限制了某个端口阻抗和其他端口不同，因此耦合器方向性恶化严重，本发明主要为解决此类非互易的应用环境中耦合器方向性问题。 [0049] 基于此，本发明所要解决的技术问题是：功放的经典Doherty输出阻抗可变，在此环境中最大限度的提高在不同阻抗下的隔离度，减小耦合信号被干扰程度，最大限度的发挥DPD校正效果。本发明有效降低了前向耦合信号受到的干扰，能有效保证功放产品性能一致性，减少功放线性跳动，在目前基站产品中有广泛的应用场景。本发明可广泛应用于包含Doherty输出可变阻抗环境等射频频段所有的可变阻抗应用环境，在要求高精度耦合信号的应用环境中尤为重要。 [0050] 本发明提供的非互易耦合网络主要结构如图4所示，其结构为一个典型的4端口耦合网络，但与传统互易耦合器设计思路不同，该耦合网络针对于耦合器信号输入端接阻抗可变且并非微带/器件特征阻抗的特性，针对性的对耦合网络隔离端端阻抗进行设计，使由于端口不匹配导致的反射信号和正常的隔离端泄露信号反向叠加，消除干扰信号能量，最大限度的提高耦合器方向性。而传统耦合网络结构图如图1所示，只能在4端口完全匹配的条件下提供较高的隔离度，在端口失配时隔离度迅速下降，不适用于某些需要端口失配的应用环境。 [0051] 本发明主要是针对于非互易的应用环境，在阻抗可变端口对应的耦合器隔离端增加非互易耦合器匹配网络，如图4所示的Port1为非互易端口，其阻抗可变，和Port2、Port3、Port4传统的特征阻抗不同，此时，本发明通过在Port4端口设计非互易耦合器匹配网络，通过改变隔离端相位使多次反射信号在Port3端口的耦合信号反向叠加抵消，从而大幅提升耦合器方向性。 [0052] 现结合图4-8具体说明，本实施例提供了一种具体的非互易耦合器设计方案，其中图4为非互易耦合网络设计结构示意图，图5为其提升耦合器方向性原理，图6为实施例链路应用图示。本实施例提供的非互易耦合器设计思路，其结构组成包括主信号链路、耦合网络以及反射干扰信号抵消阻抗网络。 [0053] 图4给出了4端口耦合网络的图示，传统耦合网络设计4端口阻抗一致，整个结构互易、对称，在端口失配条件下(图示中4端口阻抗失配)，方向性急剧下降，本发明通过设计耦合器4端口的非互易耦合器匹配网络，能在保证耦合度几乎不变的前提下，耦合器方向性提升20dB。 [0054] 根据图5给出的信号流图，指出本发明的实质是两种不同路径干扰信号的反向叠加抵消，干扰源1是port2端口反射回来的信号在port1端口二次反射后耦合到port3端口的信号，干扰源2是port1端口输入信号A经过port4端口的反射进入port3端口的信号。具体的，如图5所示，端口port1的输入信号为A，二次发射信号为A1，端口port2的输出信号为B，反射信号为B1；经过耦合网络的耦合，二次发射信号A1的耦合信号为C1，反射信号为B1泄露到耦合端口port4的信号为D1，信号C1和信号D1是耦合信号C内的种不同路径的干扰信号，通过涉及Zx可以使得信号C1和信号D1反向抵消。 [0055] 图6给出了作为一个实施例，Doherty功放结构应用此发明的位置和发明的作用。用于Doherty放大器输出时，主信号链路和耦合网络采用传统的微带耦合网络实现，其应用可拓展到耦合器集成器件。假设微带线特征阻抗为Z0，主信号输出端接阻抗和耦合网络输出端接阻抗均为Z0，主信号输入端接阻抗为Z1(可不定)，那么通过设计耦合器隔离端阻抗到Z2，可相比传统的耦合器方向性提升20dB。根据仿真和实测，Z2阻抗可由集总电抗元件实现，其主要改变反射信号干扰和主信号隔离端发射干扰信号的相位，使射频信号反向叠加，射频能量转换为热能散出，在不影响正常耦合信号的基础上最大限度的降低其受到的干扰。DPD在接收到前向信号后对功放输入信号做预失真进行校正。利用传统的耦合方式无法消除多径干扰导致的不同相位信号叠加造成的信号失真，DPD无法判断其和主信号的差异，导致校正效果变差，而采用本专利所设计的耦合网络，可确保耦合信号和主信号波形的一致性，最大限度的发挥DPD校正效果。 [0056] 如图7及图8所示的仿真结果可知，本发明用于DPD校正时，能有效降低前向耦合信号干扰，前向耦合方向性指标提升20dB以上，其带宽特性可达到应用频率的20％以上，增加DPD系统对于功放失真的校正能力，减小了功放线性波动范围，提高了功放线性、近端杂散指标，能有效提升基站产品竞争力。 [0057] 同时，本发明成本低廉，相对于传统耦合器方案，成本几乎不变；本发明空间需求低，只改变了耦合器一个端口的设计，完全可用相应阻容器件代替，其空间尺寸开销并未增加；本发明实现简单，通过仿真和调试能迅速确定方案，所增加的时间开销和人力成本几乎可以忽略不计。 [0058] 综上可知，通过本发明的实施，至少存在以下有益效果： [0059] 本发明提供了一种耦合网络，其至少一个端口为阻抗可变端口，在使用时，阻抗可变端口连接阻抗可变电路，与阻抗可变端口对应的耦合器隔离端口为非互易耦合器匹配端口，非互易耦合器匹配端口所属反馈控制链路的反馈端口用于连接数字预失真电路；非互易耦合器匹配端口连接非互易耦合器匹配电路，非互易耦合器匹配电路使的反射干扰信号及发射干扰信号反向叠加，将射频能量转换为热能散出，在不影响正常耦合信号的基础上最大限度的降低其受到的干扰。 [0060] 同时，DPD在接收到前向信号后对功放输入信号做预失真进行校正，利用传统的耦合方式无法消除多径干扰导致的不同相位信号叠加造成的信号失真，DPD无法判断其和主信号的差异，导致校正效果变差，而采用本专利所设计的耦合网络，可确保耦合信号和主信号波形的一致性，最大限度的发挥DPD校正效果。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈