本發(fā)明涉及一種能夠?qū)廨d無線系統(tǒng)進(jìn)行線性化的預(yù)失真電路，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種能夠壓縮三階非線性失真的預(yù)失真電路。

背景技術(shù)：

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，寬帶無線接入的需求增大。高頻載波復(fù)用能夠有效提高頻譜利用率，以及通信系統(tǒng)的容量。通過微波同軸電纜傳輸信號(hào)，而成本太高，并且高頻信號(hào)在電纜中有較高傳輸損耗。

光載無線系統(tǒng)（rof)解決了寬帶無線的分布問題。光載無線系統(tǒng)將模擬光鏈路中的寬帶無線信號(hào)從中心站傳輸?shù)降统杀镜幕?具有帶寬寬、成本低、損耗低、重量輕，更安全以及抗電磁干擾等特性。

但是，在光載無線系統(tǒng)中，由于光副載波調(diào)制，存在非線性問題，主要非線性器件包括電吸收調(diào)制器（eam）、馬赫增德調(diào)制器、激光器等。另外，由于5g技術(shù)的提出，正交頻分復(fù)用（ofdm）和波束成形（beamforming）技術(shù)，使得載波數(shù)量大大增加，頻譜間的干擾越來嚴(yán)重，非線性對(duì)系統(tǒng)的影響更大。因此，消除非線性系統(tǒng)的三階交調(diào)成為了關(guān)鍵問題。

模擬預(yù)失真電路能較好地抑制三階交調(diào)。現(xiàn)有的寬帶模擬預(yù)失真電路中加入了用于射頻扼流的電感，以及直流偏置電源。電路尺寸較大，功耗較高，三階交調(diào)隨直流偏置變化較敏感，并且在兩支路的接地端使用了兩個(gè)電容。

本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)：1、在接地端使用一個(gè)電容，去除了用來射頻扼流的t型節(jié)結(jié)構(gòu)，即去除電感和兩支路分別連接的的電容，而結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，尺寸更?。?、本發(fā)明不需要電壓源。通過精確選取電阻來控制通過兩個(gè)二極管的自偏置電流，以產(chǎn)生所需要的三階交調(diào)信號(hào)。克服了以往電路中三階交調(diào)信號(hào)隨偏置電流變化敏感的問題，且降低了功耗。3、通過調(diào)整與兩個(gè)二極管串聯(lián)的電阻阻值來進(jìn)行高頻段三階交調(diào)分量的壓縮，解決了預(yù)已有失真電路在高頻段對(duì)三階交調(diào)改善程度下降的問題。4、該電路可以通過改變與二極管串聯(lián)的電阻3和4的阻值改變中心頻率和工作帶寬。

本發(fā)明基于零偏值二極管的模擬預(yù)失真電路通過使用兩個(gè)肖特基二極管1和2并聯(lián)，發(fā)明出了更小尺寸和更高帶寬的預(yù)失真電路，線性化性能良好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種對(duì)光載無線系統(tǒng)進(jìn)行線性化的預(yù)失真電路。

預(yù)失真電路安裝在光載無線系統(tǒng)的輸入端，對(duì)輸入信號(hào)產(chǎn)生預(yù)失真。

本發(fā)明基于零偏值二極管的模擬預(yù)失真電路包括：左支電路01和右支路02，左支電路01由一個(gè)肖特基二極管1和一個(gè)電阻3串聯(lián)而成，右支路02由一個(gè)肖特基二極管2和一個(gè)電阻4串聯(lián)而成；左支路01和右支路02的兩個(gè)肖特基二極管1和2是零偏置二極管，呈反向平行放置；兩個(gè)電阻3和4帶寬相同，但阻值不同；預(yù)失真電路的輸入端口7和輸出端口8與特性阻抗50ohm的微帶傳輸線連接。

本發(fā)明基于零偏值二極管的模擬預(yù)失真電路，兩個(gè)二極管1和2反向平行放置，不需要使用偏置電源來對(duì)兩個(gè)二極管1和2提供偏置電流，二極管本身在其兩端存在電壓時(shí)能夠自己產(chǎn)生內(nèi)偏置電流；當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，在左支路01上產(chǎn)生的各階分量與右支路02上產(chǎn)生的各階分量將抵消部分偶次分量，但一階、三階和五階等奇次分量矢量疊加；

本發(fā)明基于零偏值二極管的模擬預(yù)失真電路，通過調(diào)整電阻3和電阻4的阻值來控制通過兩個(gè)二極管的自偏置電流，以產(chǎn)生所需要的三階交調(diào)信號(hào)；高頻段三階交調(diào)分量的壓縮也通過調(diào)整電阻3和4的阻值來進(jìn)行。

本發(fā)明基于零偏值二極管的模擬預(yù)失真電路，調(diào)整兩個(gè)電容5和6能夠在一定程度上補(bǔ)償反向平行二極管引入的相位誤差，產(chǎn)生符合要求的預(yù)失真信號(hào)。

本發(fā)明基于零偏值二極管的模擬預(yù)失真電路，不需要功率分配器、四分之一阻抗變換器和偏置電源，減小了電路尺寸和功耗。

本發(fā)明基于零偏值二極管的模擬預(yù)失真電路的特點(diǎn)在于：能夠壓縮三階非線性失真，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)失真可調(diào)性；根據(jù)非線性傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生的非線性大小，通過調(diào)整兩路二極管的串聯(lián)電阻，能夠改變預(yù)失真電路輸出的三階非線性分量，適用于不同程度的預(yù)失真要求，具體分析如下。

對(duì)于光載無線電系統(tǒng)中的電吸收調(diào)制器（eam）、馬赫增德調(diào)制器和激光器以及其他非線性器件，傳輸特性可以表示如下：

(1-1)。

在非線性器件產(chǎn)生的交調(diào)分量中，三階非線性分量是主要的非線性失真，因此僅考慮三階交調(diào)非線性輸出可表示為：

(1-2)。

由于兩個(gè)二極管1和2反向平行，且電阻3和4的阻值不同，因此，偶數(shù)階分量將不能完全抵消。加上奇數(shù)階分量，預(yù)失真電路10的傳輸特性如下：

(1-3)

(1-4)。

為使三階交調(diào)抵消，令：三次方項(xiàng)前面系數(shù)為零，得到三階交調(diào)分量最大抵消需滿足的條件為：

(1-5)。

將二極管的shockley方程經(jīng)過taylor展開得到:

(1-6)。

其中，是偏置電壓，是加在二極管兩端的電壓，各項(xiàng)前面的系數(shù)，其中，k為玻爾茲曼常數(shù)，q為電子電荷，t為熱力學(xué)溫度,為電子電荷。由于二極管采用的是零偏置二極管，二極管內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生隨輸入電壓變化的偏置電流，不需要外部偏置電壓。

當(dāng)通過輸入幅度為的單頻信號(hào)：時(shí)，

（1-7）。

當(dāng)沒有外加的偏置電流時(shí)，二極管內(nèi)部產(chǎn)生的自偏置電流為：

（1-8）。

是二極管的負(fù)載阻抗,對(duì)于二極管來說，是與二極管串聯(lián)電阻的阻值為輸出阻抗:，其中為從電流源向上看去的等效電阻，可表示為：

（1-9）。

是二極管的結(jié)電阻，是與二極管串聯(lián)電阻的阻值，為輸入信號(hào)加在二極管兩端的電壓。

下面推導(dǎo)輸入信號(hào)加載到二極管兩端的電壓：是信號(hào)源的電壓，為輸入pdc的電壓，向二極管和負(fù)載看進(jìn)去的阻抗：

(1-10)。

是負(fù)載阻抗，是二極管的零偏置結(jié)電容，是角頻率。

二極管處的反射系數(shù)為：，是微帶線的特征阻抗。

其中輸入阻抗為：

(1-11)。

輸入電壓為：

(1-12)。

其中為電流源的內(nèi)阻。

加在二極管上的電壓為：

(1-13)。

是加在電阻上的電壓，可表示為：

(1-14)。

為二極管等效電路二次諧波分量的電流，可表示為：

(1-15)。

由于是作用于電阻上的電壓，由諾頓等效原理：可表示為：

(1-16)。

為二極管產(chǎn)生的三階交調(diào)分量電流：(1-17)。

在二極管兩端產(chǎn)生的電壓為：

(1-18)。

當(dāng)輸入信號(hào)為幅度為雙音信號(hào)頻率為和時(shí)，只考慮和項(xiàng)時(shí)：。

基頻信號(hào)在負(fù)載端產(chǎn)生的電壓為：

(1-19)

是傳輸線的長(zhǎng)度。

在負(fù)載端產(chǎn)生的電壓為：

(1-20)。

和為相位常數(shù)。同理，另一個(gè)二極管產(chǎn)生的三階交調(diào)電流為，

其在負(fù)載端的電壓為：。

其中另一個(gè)二極管2，其三階交調(diào)分量在二極管兩端產(chǎn)生的電壓可表示為：

(1-21)

為二極管2的等效電流源從向下看去的等效電阻：

(1-22)

為二極管2產(chǎn)生的三階交調(diào)分量：

(1-23)

為加在二極管2的電阻上的電壓:

(1-24)。

最終得到負(fù)載端的三階交調(diào)電壓為：

(1-25)。

為相位常數(shù)，當(dāng)輸入信號(hào)頻率為和，幅度為的信號(hào)時(shí)，要滿足imd3最大抵消的條件（1-5），預(yù)失真器的參數(shù)為：

(1-26)。

在本發(fā)明的預(yù)失真器10中，由于去除了偏置電源，不需要考慮偏置對(duì)二極管的各項(xiàng)參數(shù)的影響，因此，只需要考慮電阻3,4，rf信號(hào)幅度vs對(duì)三階交調(diào)的影響，另外，由于是零偏置，因此二極管的結(jié)電容為，可以從表達(dá)式看出，最終的三階交調(diào)的實(shí)部和虛部與電阻3,4阻值r1,r2,和角頻率有關(guān)，這意味著調(diào)整r1,r2,能夠調(diào)節(jié)產(chǎn)生三階交調(diào)的幅度和相位，如圖3。

r1、r2,會(huì)對(duì)生成的imd3_pdc的幅度相位改變，從而使得和間形成一定的誤差矢量：是殘留的imd3信號(hào)，因此，要盡可能多的消除，即使更接近，即r1，r2，的取值應(yīng)該使得預(yù)失真的參數(shù)，滿足預(yù)失真最大抵消的條件，因此通過調(diào)節(jié)基本參數(shù)，能夠使得預(yù)失真盡可能多的得到消除。而滿足預(yù)失真最大消除條件的參數(shù)（r1，r2，），可能不止一種，其中包括,因此，需要對(duì)盡可能多的取值進(jìn)行調(diào)試，以便獲得最大抵消的效果。

在本次發(fā)明中，由于采用了零偏置電壓，因此，結(jié)電容容值固定，取值為零偏置時(shí)的結(jié)電容，而內(nèi)偏置電壓又取決于r1，r2和輸入信號(hào)幅度，通過改變r(jià)1,r2的值，使得在一定帶寬上，取得了比較滿意的效果。

調(diào)整r1,r2對(duì)二極管帶寬有影響，因?yàn)檎{(diào)整r1,r2,，滿足最大抵消條件（1-5）的角頻率不同，因此，在三階交調(diào)改善圖中，imd3壓縮的帶寬會(huì)發(fā)生變化。

由于零偏置二極管本身產(chǎn)生自偏置電流，因此當(dāng)選定r1，r2后，二極管結(jié)電容取值固定，另外，由于是針對(duì)固定帶寬：24.25-27.5ghz的預(yù)失真，相當(dāng)于固定，因此，只需找到一組r1,r2的值，能滿足最大抵消的預(yù)失真條件，即可以使得在此段頻率上消除imd3。

由于pdc產(chǎn)生三階交調(diào)的理論表達(dá)式過于復(fù)雜，很難精確求出r1,r2的最優(yōu)解，因此，通過仿真中優(yōu)化r1，r2的阻值，能夠使pdc達(dá)到在無偏置狀態(tài)下達(dá)到最佳的imd3壓縮特性。這個(gè)過程如下所示：調(diào)整電阻阻值r1,r2以后，兩支路分別產(chǎn)生的三階交調(diào)分別如圖4中的imd3_1和imd3_2所示，合成之后的預(yù)失真信號(hào)如。將r1,r2分開設(shè)置為不同阻值是由于兩個(gè)二極管分別產(chǎn)生的預(yù)失真信號(hào)：imd3_1=和imd3_2=可以有更靈活自由的矢量疊加方式，通過精確選取電阻阻值大小，可以使合成的預(yù)失真信號(hào)的幅度、相位與理想的預(yù)失真信號(hào)更接近。在合成之后的預(yù)失真信號(hào)與eam中imd3信號(hào)抵消過后，相較于兩電阻等值的預(yù)失真器，抵消之后仍殘留的imd3信號(hào)：在一定程度上減小。

本發(fā)明預(yù)失真器的電容3和4，具有改變電路寄生參數(shù)的作用，對(duì)imd3的壓縮特性，最高imd3壓縮點(diǎn)，壓縮的頻率寬度，都具有一定影響。

附圖說明

圖1.本發(fā)明基于零偏值二極管的模擬預(yù)失真電路12的電路圖

圖2.本發(fā)明基于零偏值二極管的模擬預(yù)失真電路12的等效電路圖

圖3.電路參數(shù)對(duì)三階交調(diào)矢量合成的影響圖

圖4.兩電阻不等值時(shí)對(duì)三階交調(diào)合成的影響圖

圖5.本發(fā)明基于零偏值二極管的模擬預(yù)失真電路雙頻測(cè)試步驟圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及的預(yù)失真電路如圖1所示。本發(fā)明基于零偏值二極管的模擬預(yù)失真電路是一個(gè)串聯(lián)型預(yù)失真線性化器，包括：左支電路01和右支路02，左支電路01由一個(gè)肖特基二極管1和一個(gè)電阻3串聯(lián)而成，右支路02由一個(gè)肖特基二極管2和一個(gè)電阻4串聯(lián)而成；左支路01和右支路02的兩個(gè)肖特基二極管1和2是零偏置二極管，呈反向平行放置；兩個(gè)電阻3和4帶寬相同，但阻值不同；電容5和電容6，輸入端口7和輸出端口8。

本發(fā)明基于零偏值二極管的模擬預(yù)失真電路，通過調(diào)整電阻3和電阻4的阻值來控制通過兩個(gè)二極管的自偏置電流，以產(chǎn)生所需要的三階交調(diào)信號(hào)；高頻段三階交調(diào)分量的壓縮也通過調(diào)整電阻3和4的阻值來進(jìn)行。調(diào)整兩個(gè)電容5和6能夠在一定程度上補(bǔ)償反向平行二極管引入的相位誤差，產(chǎn)生符合要求的預(yù)失真信號(hào)。

本發(fā)明基于零偏值二極管的模擬預(yù)失真電路，采取把兩個(gè)肖特基二極管1和2反向平行的擺放方式，以在兩支路上產(chǎn)生不同幅度和不同相位的三階交調(diào)分量信號(hào)，通過矢量合成以后生成需要的預(yù)失真信號(hào)。

本發(fā)明基于零偏值二極管的模擬預(yù)失真電路，兩個(gè)二極管1和2反向平行放置，不需要使用偏置電源來對(duì)兩個(gè)二極管1和2提供偏置電流，二極管本身在其兩端存在電壓時(shí)能夠自己產(chǎn)生內(nèi)偏置電流；當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，在左支路01上產(chǎn)生的各階分量與右支路02上產(chǎn)生的各階分量將抵消部分偶次分量，但一階、三階和五階等奇次分量矢量疊加；通過精確選取電阻3和4的阻值，能產(chǎn)生更加精確的三階交調(diào)分量。

由于兩個(gè)電阻3和4阻值的不同，兩個(gè)二極管1和2的偶數(shù)階非線性分量被抵消一部分，而主要產(chǎn)生三階交調(diào)信號(hào)。通過調(diào)整寬帶電阻3和4使得在兩個(gè)二極管1和2產(chǎn)生的三階交調(diào)信號(hào)矢量疊加后產(chǎn)生不同程度的非線性失真，在不同的頻帶內(nèi)有不同的三階交調(diào)壓縮特性。

在此方案中，不需要電流源，這是因?yàn)榉聪虿⒙?lián)的二極管1和2使用的是零偏置二極管，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生自偏置電流，該電流與二極管兩端所加的電壓、溫度有關(guān)。

由于在新型預(yù)失真電路中去除了偏置電源，不需要偏置電源，因此，只需要考慮電阻3和4的阻值r1和r2，以及信號(hào)幅度對(duì)三階交調(diào)的影響，因此最終的三階交調(diào)的實(shí)部和虛部與兩電阻3和4阻值、兩個(gè)二極管的結(jié)電容，以及角頻率有關(guān)，因此調(diào)整r1和r2能夠調(diào)節(jié)產(chǎn)生三階交調(diào)的幅度和相位，在一定的頻率下能夠滿足非線性器件的三階交調(diào)和預(yù)失真器三階交調(diào)幅度相等、相位相反的條件，因此，能夠在一定的頻段內(nèi)消除三階交調(diào)。

本發(fā)明對(duì)采用電吸收調(diào)制器光載無線電系統(tǒng)的雙頻仿真測(cè)試具體步驟如下：

在advancedesignsyste（ads）中測(cè)試預(yù)失真電路10的線性化性能。具體測(cè)試步驟如圖5所示，先將該預(yù)失真器與電吸收調(diào)制器14串聯(lián)，然后將雙頻間隔為4.125mhz，功率為0.1dbm的雙音信號(hào)15通入本發(fā)明的預(yù)失真器10；同時(shí)，用同樣頻率和間隔以及功率大小的雙音信號(hào)13對(duì)電吸收調(diào)制器16單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果用來作為參考計(jì)算出三階交調(diào)的壓縮量大小。

將通過預(yù)失真器10的電吸收調(diào)制器14的輸出信號(hào)，與未經(jīng)過預(yù)失真器10的電吸

收調(diào)制器16的輸出信號(hào)提取出來，計(jì)算出三階交調(diào)的壓縮量大小。

在仿真測(cè)試中，需要對(duì)本發(fā)明預(yù)失真器中的電阻3和4的阻值變化對(duì)三階交調(diào)壓縮量的影響進(jìn)行調(diào)試和分析。先調(diào)試電阻3的阻值r1，找到具有最大壓縮量的電阻3的阻值r1。

將電阻3的阻值r1設(shè)置為具有最大壓縮量的電阻3的阻值，改變電阻4的阻值r2的值。從ads的優(yōu)化仿真中可以看出，電阻4的阻值r2對(duì)最大壓縮量影響較弱，但對(duì)中心頻率影響較大，可以通過調(diào)整電阻4的阻值r2來調(diào)整預(yù)失真器的工作頻段。

通過上述優(yōu)化，確定電阻3的阻值r1和電阻4的阻值r2，即可在目標(biāo)頻段上達(dá)到最佳的壓縮性能。本仿真測(cè)試確定電阻3的阻值r1為198ohm，電阻4的阻值r2為83ohm，在24.25ghz-27.5ghz上，本發(fā)明的預(yù)失真器10對(duì)三階交調(diào)的最小改善為10db，最大改善為36.4db（在26ghz處），插入損耗為1.2db。

以上仿真測(cè)試表明，本發(fā)明的模擬預(yù)失真電路10基本滿足線性化光載無線系統(tǒng)中的電吸收調(diào)制器的要求。另外，此發(fā)明模擬預(yù)失真電路也可以線性化其他類似的非線性器件或系統(tǒng)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。