[發明專利]一種極高頻寬帶線性化器設計方法

有效

• 申請號: 202010692983.5
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN112019181B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 周東方;鄧海林;卞晨閣;張毅;呂大龍;魏進進;劉起坤;張德偉;李建兵;劉慶;柴夢娟;付宇璠;馬壯;潘晨清;王顯
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊信息工程大學
• 主分類號: H03H7/38
• 分類號: H03H7/38
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 張立強

本發明提供一種極高頻寬帶線性化器設計方法。所述線性化器包括3dB定向耦合器、非線性負載和匹配網絡，所述設計方法包括：步驟1、給定線性化器在不同頻率處所需的增益補償量和相位補償量；步驟2、通過測量得到在不同輸入功率下不同頻率處的非線性負載的阻抗值，并將所述非線性負載的阻抗值轉化為非線性負載的導納值；步驟3、根據所述非線性負載的導納值，通過優化方法得到匹配網絡在滿足步驟1給定的增益補償量和相位補償量的條件下所需的端口阻抗值；步驟4、根據所述端口阻抗值設計匹配網絡。本發明首次給出了在給定不同頻率處增益和相位補償量的線性化器的設計方法，彌補了之前設計方法不能夠對每個頻率進行補償的缺陷。

技術領域

本發明涉及微波技術領域，尤其涉及一種極高頻寬帶線性化器設計方法。

背景技術

近年來，隨著空間頻譜資源爭奪加速、空間電磁環境日益復雜，軍事和政府衛星通信需求持續增長。但現有的Ku波段和Ka波段衛星通信系統已經不能滿足當今人們對通信質量的要求。選取更高的頻段進行通信以獲得更高的容量、設計更優的衛星通信系統成為學者們研究的方向。更高頻段的探索主要涉及Ka波段以外的極高頻波段，即Q/V波段(約40-75GHz)和W波段(75-100GHz)。由于極高頻波段大氣衰減和自由空間路徑損耗非常明顯，這就會對器件和工藝的要求極高。功率放大器作為衛星轉發器中至關重要的模塊，決定了信號可以在自由空間中的傳播距離和質量。為了得到較好的信號質量，功率放大器通常需要將輸出功率回退。但這樣會使得功率放大器的效率降低，進一步阻礙衛星的小型化和輕量化。

線性化技術能夠拓寬功率放大器的線性工作區間，大幅降低其輸出功率回退量，使功率放大器在保證輸出信號質量的同時仍工作在高效率的狀態。由于功率放大器的非線性特性在極高頻波段不僅與輸入功率有關，而且與頻率有關，這就使得當前極高頻寬帶線性化器的設計變得困難。D.Zhang et al.Predistortion Linearizer for Wideband AM/PMCancelation with Left-Handed Delay Line[J].IEEE MicrowaveWirelessComponents Letters.2017,27(9):794-796.該文獻僅僅給出了線性化器在不同頻率處的相位補償能力，并沒有涉及到不同頻率處的增益補償能力，且該電路的設計結構復雜。

并且，目前尚未出現極高頻寬帶線性化器的設計方法，所以對于其設計方法的研究能夠有效應對未來衛星發展所遇到的高頻段大氣衰減及非線性失真問題，有助于未來衛星的小型化和輕量化，能夠為我國衛星的進一步發展提供有力支撐。

發明內容

針對現有的線性化器設計方法存在的不能夠對每個頻率進行增益補償的問題，以及缺乏極高頻寬帶線性化器的設計方法的問題，本發明提供一種極高頻寬帶線性化器設計方法。

本發明提供的一種極高頻寬帶線性化器設計方法，所述線性化器包括3dB定向耦合器、非線性負載和匹配網絡，所述設計方法包括：

步驟1、給定線性化器在不同頻率處所需的增益補償量和相位補償量；

步驟2、通過測量得到在不同輸入功率下不同頻率處的非線性負載的阻抗值，并將所述非線性負載的阻抗值轉化為非線性負載的導納值；

步驟3、根據所述非線性負載的導納值，通過優化方法得到匹配網絡在滿足步驟1給定的增益補償量和相位補償量的條件下所需的端口阻抗值；

步驟4、根據所述端口阻抗值設計匹配網絡。

進一步地，步驟1具體為：

根據在不同頻率和功率處測得的功率放大器的增益和相位曲線，確定線性化器在不同頻率處的增益補償量和相位補償量。

進一步地，步驟3包括：

設定匹配網絡的傳輸矩陣為按照式(2)求解匹配網絡的參數A、B、C和D：