專利名稱：一種包絡檢波裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及移動通信系統中射頻技術設計領域，尤其涉及一種包絡檢波 裝置及其方法。
背景技術：
近年來，隨著3G網絡的大規模建設，為了降低設備投資和運營成本， 功率放大器效率的提高越來越成為運營商關注的焦點。功率放大器的核心問 題是線性化和高效率，更高的效率不僅能夠為運營商節省電費，還能節省電 源等配套設施的投資，而且由于生產工藝的簡化，降低了整機散熱的要求， 增加設備的可靠性，使網絡性能更穩定。因此，數字預失真技術、包絡跟蹤 技術、Doherty技術、包絡消除再生技術、峰值減少技術、自適應偏置技術、 自適應射頻預失真技術等提高功率放大器效率和線性的技術都有了不同程 度的發展，目前這些技術在高效率線性功放系統中都得到了廣泛的應用。
在大多數高效率線性功放系統以及一些特定設備中，都需要對調制信號 進行包絡檢波，根據檢波電壓的大小，得到即時的信號功率值，包絡檢波器 是整個高效率、高線性系統的關鍵器件之一，它的功能要求是快速、準確的 檢測出即時射頻信號的包絡信號。如果不能快速、準確的檢測出射頻信號的 包絡變化，整個系統的性能就會受到影響。比如應用于高效率高線性功放系 統中的包絡檢波器，它檢測出的包絡信號的精準度，直接關系到放大器非線 性失真信號對消的效果，關系到整個放大系統的線性和效率等關鍵指標。
目前的包絡檢波器主要有以下幾種
第一種包絡檢波器包括兩個匹配電路、檢波管及運算放大器，射頻信號 通過單端的檢波管得到包絡信號，然后通過運算放大器對包絡信號進行放大
4后輸出。其中一個匹配電路連接在射頻信號輸入端和檢波管輸入端之間，另 外一個匹配電路連接在檢波管輸出端和運算放大器輸入端之間，這兩個匹配
電路用于匹配檢波管的阻抗和傳輸射頻信號的射頻微帶線的阻抗。
該包絡檢波器成本低，但是由于射頻微帶線的特征阻抗都是而 檢波管的阻抗不是這樣射頻微帶線的阻抗和檢波管的阻抗不匹配， 射頻信號輸入端的輸入回波非常大，有較高的射頻分量被耦合到包絡信號 上，而且射頻信號小的時候檢波輸出電壓低，很難精準度檢測出射頻信號的 包絡，但是射頻信號大的時候輸出電壓高，檢波管檢測到的射頻信號的包絡 又有4艮大的非線性失真，影響放大器的線性和效率。
第二種包絡檢波器包括檢波器芯片和運算放大器，檢波器芯片根據射頻 信號和檢波電壓的關系，由射頻信號得到包絡信號，再經過運算放大器的放 大作用后輸出。
該包絡檢波器能有較大的動態范圍，但成本比較昂貴，且時延大，很難 滿足高效率、高線性系統時延小的要求。

發明內容
本發明提供了一種包絡檢波裝置及方法，其成本比較低、時延小、檢測 動態范圍比較大。
本發明的技術方案是 一種包絡檢波裝置，包括功率分配器、第一檢 波管、第二檢波管和增益濾波器；
所述功率分配器輸出的一端經過所述第一^全波管與所述增益濾波器的 輸入端連接，所述功率分配器輸出的另一端經過所述第二檢波管與所述增益 濾波器的輸入端連接；
所述功率分配器將輸入的射頻信號分成兩路射頻信號，其中一路射頻信 號經過所述第一檢波管的正向檢波得到第一包絡信號，并輸出到所述增益濾波器；另 一路射頻信號經過所述第二檢波管的反向檢波得到第二包絡信號， 并輸出到所述增益濾波器；所述增益濾波器將所述第一包絡信號和第二包絡
信號整合為一路包絡信號，并放大輸出。
一種包絡纟全波方法，包括步驟 將輸入的射頻信號分為兩路射頻信號；
對其中一路射頻信號進行正向檢波處理得到第一包絡信號；對另外一路 射頻信號進行反向檢波處理得到第二包絡信號；
將第一包絡信號和第二包絡信號整合為一路包絡信號，并放大輸出。
本發明的包絡檢波裝置及方法，功率分配器將射頻信號分為兩路射頻信 號，對兩路射頻信號分別進行正向檢波和反向檢波得到兩路包絡信號，再通 過增益濾波器合成一路包絡信號放大后輸出。由于本發明將射頻信號分為兩 路射頻信號檢波，相對于現有技術中的一路射頻信號檢波來說，由于引入了 功率分配器，其可以起到隔離信號干擾的作用，第一檢波管和第二檢波管阻 抗的不匹配對射頻信號輸入端的輸入回波就比較小；且由于通過增益濾波器 將兩路包絡信號整合為一路包絡信號，則該包絡檢波裝置的檢測動態范圍比 較大、精準度比較高。另外相對于現有技術中的檢波器芯片來說，成本比較 低、時延比較小。


圖1是本發明包絡檢波裝置一實施例的結構原理框圖； 圖2是本發明包絡檢波裝置一實施例的結構原理框圖； 圖3是本發明包絡檢波裝置一實施例的結構原理框圖； 圖4是本發明包絡檢波方法的流程圖。
具體實施方式
本發明的包絡檢波裝置及方法，功率分配器將射頻信號分為兩路射頻信 號，對兩路射頻信號分別進行正向檢波和方向檢波得到兩路包絡信號，再通 過增益濾波器合成一路包絡信號放大后輸出。由于本發明將射頻信號分為兩 路射頻信號檢波，相對于現有技術中的一路射頻信號檢波來說，由于引入了 功率分配器，其可以起到隔離信號干擾的作用，第一檢波管和第二檢波管阻
抗的不匹配對射頻信號輸入，的輸入回波就比較小；且由于通過增益濾波器 將兩路包絡信號整合為 一路包絡信號，則該包絡檢波裝置的檢測動態范圍比 較大、精準度比較高。另外相對于現有技術中的檢波器芯片來說，成本比較 低、時延比較小。
下面結合附圖和具體實施例對本發明做一詳細的闡述。
本發明的包絡檢波裝置包括，如圖1,功率分配器、第一纟企波管、第二 ;f企波管和增益濾波器；
所述功率分配器一個輸出端經過所述第一才全波管與所述增益濾波器的 輸入端連接，所述功率分配器另一個輸出端經過所述第二4企波管與所述增益 濾波器的輸入端連接；
所述功率分配器將輸入的射頻信號分成兩路射頻信號；其中一路射頻信 號經過所述第一檢波管的正向檢波得到第一包絡信號，并輸出到所述增益濾 波器；另 一路射頻信號經過所述第二檢波管的反向檢波得到第二包絡信號， 并輸出到所述增益濾波器；所述增益濾波器將所述第一包絡信號和第二包絡 信號整合為一路包絡信號，并放大輸出。在一優選實施例中，所述增益濾波 器還用于對整合后的包絡信號進行高頻分量上的濾波。
在一實施例中，功率分配器可以將輸入的射頻信號分為功率相等的兩路 射頻信號，該兩路射頻信號的相位差在一優選實施例中可以為90度，輸入 的射頻信號可以是WCDMA或CDMA或TD-SCDMA等不同制式不同頻段的射頻信號。
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在具體實施時，功率分配器可以為3Db電橋，增益濾波器可以包括運算 放大器，所述第一檢波管的輸出端和第二檢波管的輸出端依次接所述運算放 大器的差模輸入的兩端，該運算放大器不僅對包絡信號的高頻分量進行濾 波，還對包絡信號的幅度進行放大。
在一實施例中，如圖2，在所述功率分配器和第一檢波管之間連接有第 一匹配電路，在第一才全波管和所述增益濾波器之間連接有第二匹配電路，該 第 一匹配電路和第二匹配電路用于匹配第一檢波管的阻抗和傳輸射頻信號 的射頻微帶線的阻抗，可以減少射頻微帶線的阻抗對第一檢波管的影響，這 樣第 一檢波管正向檢波處理的效果比較好。
為了達到同樣的目的，在所述功率分配器和第二檢波管之間連接有第三 匹配電路，在第二檢波管和所述增益濾波器之間連接有第四匹配電路，該第 三匹配電路和第四匹配電路用于匹配第二4企波管的阻抗和傳輸射頻信號的 射頻微帶線的阻抗，可以減少射頻微帶線的阻抗對第二檢波管的影響，這樣 第二檢波管反向檢波處理的效果比較好。
在一實施例中，可以在第一檢波管和所述增益濾波器之間還連接有第一 射極跟隨器，用于減少增益濾波器對第一檢波管阻抗匹配的影響，由于增益 濾波器的阻抗比第一^r波管的阻抗小的多，所以增益濾波器的阻抗會對第一 檢波管的檢波處理產生影響，第一射極跟隨器就能起到隔離作用，避免增益 濾波器的信號干擾到第一檢波管的信號。如圖3,也可以在第二匹配電路和 所述增益濾波器之間還連接有第 一射極跟隨器。
為了達到同樣的目的，在第二4全波管和所述增益濾波器之間還連接有第 二射極跟隨器，用于減少增益濾波器對第二^r波管阻抗匹配的影響，由于增 益濾波器的阻抗比第二^r波管的阻抗小的多，所以增益濾波器的阻抗會對第 二檢波管的檢波處理產生影響，第二射極跟隨器就能起到隔離作用，避免增 益濾波器的信號干擾到第二檢波管的信號。也可以在第四匹配電路和所述增 益濾波器之間還連接有第二射極跟隨器。由此可見，本發明將射頻信號分為兩路射頻信號檢波，相對于現有技術 中的一路射頻信號檢波來說，由于引入了功率分配器，其可以起到隔離的作 用，第一檢波管和第二檢波管阻抗的不匹配對射頻信號輸入端的阻抗影響很 小，所以輸入駐波就比較小；且由于通過增益濾波器將兩路包絡信號整合為 一路包絡信號，則該包絡檢波裝置的檢測動態范圍比較大、精準度比較高。 另外相對于現有技術中的檢波器芯片來說，成本比較低、時延比較小。
本發明還揭示了一種包絡檢波方法，包括步驟，如圖4:
5101、 將輸入的射頻信號分為兩路射頻信號；具體實施時，可以將輸入 的射頻信號分為功率相等的兩路射頻信號，該兩路射頻信號的相位相差在一 優選實施例中可以為90度。
5102、 對其中一路射頻信號進行正向檢波處理得到第一包絡信號；對另 外一路射頻信號進行反向檢波處理得到第二包絡信號。具體檢波處理時可以 采用檢波二極管對射頻信號進行正向檢波和反向檢波。
5103、 將所述第一包絡信號和第二包絡信號整合為一路包絡信號，并放 大處理后輸出。該步驟進一步可以包括，對整合后的包絡信號的高頻分量進 行濾波處理，之后再對整合后的包絡信號的幅度進行放大。
結合上述工作原理，本發明的具體實施方式
及工作步驟如下
步驟l:射頻信號經過耦合器后，進入本發明的包絡檢波裝置。這些射 頻信號可以是WCDMA、 CDMA、 TD-SCDMA等不同制式不同頻段的射頻信號；
步驟2:射頻信號經過步驟1的處理后，變為預進行包絡一全波的射頻信
號；
步驟3:步驟2的射頻信號，進入一個3dB電橋，分為等功率、相位相 差90°的射頻信號；步驟4:步驟3中分路后的兩路射頻信號，分別依次通過第一檢波管正 向檢波和第二檢波管反向檢波，提取每一路射頻信號的包絡信號；
步驟5:步驟4中的第一檢波管前后都需要添加必要的匹配電路，即在 第一檢波管和3dB電橋之間、第一檢波管和增益濾波器之間都連接匹配電 路，以達到第一4全波管和傳輸射頻信號的射頻微帶線的阻抗匹配的效果，射 頻信號輸入端輸入回波很小；步驟4中的第二檢波管前后也都需要添加必要 的匹配電路，即在第二檢波管和3dB電橋之間、第二檢波管和增益濾波器之 間都連接匹配電路，以達到第二檢波管和傳輸射頻信號的射頻微帶線的阻抗 匹配的效果；
步驟6:步驟4中提取得到的兩路包絡信號，其中一路經過第一射極跟 隨器輸出到增益濾波器，另外一路經過笫二射極跟隨器輸出到增益濾波器； 兩個射頻跟隨器能減小后面增益濾波器電路對第一檢波管和第二檢波管阻 抗匹配的影響；
步驟7:步驟6中輸出的正反兩路包絡信號，經過增益濾波器，得到單 路的輸出包絡信號；
步驟8:步驟7中的增益濾波器具體實現時可以釆用運算放大器來實現； 正反兩路包絡信號分別輸送到運算放大器的差模輸入的兩端。該增益濾波器 不僅對輸出的包絡信號的高頻分量進行濾波，還對包絡信號的幅度進行放 大；
步驟9:步驟8中增益濾波器輸出一電壓信號(整合后的包絡信號)， 該信號的瞬時電壓與輸入包絡檢波裝置的射頻信號的瞬時功率有關。
步驟8中提到的增益濾波器是本發明的關鍵之一，因為本發明的輸出電 壓的幅度、時延、支持的射頻信號的制式以及動態范圍的很多指標與它有關。 具體應用中，需要針對不同的系統要求,增益濾波器選擇合適的運算放大器， 設計不同增益和帶寬的濾波器。當然，選用合適的檢波管，也是使得該發明
10包絡4全波裝置有較大動態范圍的需要。
本發明提供的一種包絡檢波裝置及其方法，與現有技術中的檢波芯片相
'比，克服了成本高、時延比較大等缺陷；與現有技術中的單端檢波管檢波的
方式相比，克服了輸入駐波差、輸出電壓小、動態范圍小、包絡檢測不夠準 確等缺陷。
本發明的平衡式包絡檢波裝置(分兩路檢波方式)能夠在低成本投入的
情況下，雙倍于單端包絡檢波器的檢波電壓輸出；遠好于單端包絡檢波器的 輸入駐波；更好的檢波失真，該現象在大功率檢波情況下尤其明顯，同時， 也提供了更好的線性動態范圍；整個檢波器裝置的時延也可以達到10nS數 量級；3dB電橋的使用，能很好的抑制奇次諧波。
因此，本發明包絡檢波裝置在所有需要使用到包絡檢波的通信設備中， 特別是對檢波要求比較高的高效率、高線性功放系統中，都可以有良好的應 用前景。
以上所述的本發明實施方式，并不構成對本發明保護范圍的限定。任何 在本發明的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本 發明的權利要求保護范圍之內。
權利要求
1、一種包絡檢波裝置，其特征在于，包括功率分配器、第一檢波管、第二檢波管和增益濾波器；所述功率分配器一個輸出端經過所述第一檢波管與所述增益濾波器的輸入端連接，所述功率分配器的另一個輸出端經過所述第二檢波管與所述增益濾波器的輸入端連接；所述功率分配器將輸入的射頻信號分成兩路射頻信號，其中一路射頻信號經過所述第一檢波管的正向檢波得到第一包絡信號，并輸出到所述增益濾波器；另一路射頻信號經過所述第二檢波管的反向檢波得到第二包絡信號，并輸出到所述增益濾波器；所述增益濾波器將所述第一包絡信號和第二包絡信號整合為一路包絡信號，并放大輸出。
2、 根據權利要求1所述的包絡檢波裝置，其特征在于在所述功率分配 器和所述第 一檢波管之間還連接有第 一 匹配電路，在所述第 一檢波管和所述增 益濾波器之間還連接有第二匹配電路，所述第一匹配電路和第二匹配電路用于 匹配所述第 一檢波管的阻抗和傳輸射頻信號的射頻微帶線的阻抗；在所述功率分配器和所述第二檢波管之間還連接有第三匹配電路，在所述 第二檢波管和所述增益濾波器之間還連接有第四匹配電路，所述第三匹配電路 和第四匹配電路用于匹配所述第二檢波管的阻抗和傳輸射頻信號的射頻微帶 線的阻抗。
3、 根據權利要求l所述的包絡檢波裝置，其特征在于在所述第一檢波管和所述增益濾波器之間還連接有第一射極跟隨器，在所 述第二檢波管和所述增益濾波器之間還連接有第二射極跟隨器。
4、 根據權利要求2所述的包絡檢波裝置，其特征在于在所述第三匹配 電路和所述增益濾波器之間還連接有第 一射極跟隨器，在所述第四匹配電路和 所述增益濾波器之間還連接有第二射極跟隨器。
5、 根據權利要求1所述的包絡檢波裝置，其特征在于所述功率分配器 為3dB電橋，所述增益濾波器還用于對整合后的包絡信號進行高頻分量的濾波。
6、 根據權利要求1所述的包絡檢波裝置，其特征在于所述增益濾波器 包括運算放大器，所述第 一檢波管的輸出端和第二檢波管的輸出端依次接所述 運算放大器的差模輸入的兩端。
7、 根據權利要求1至6任一權利要求所述的包絡檢波裝置，其特征在于 所述功率分配器將所述輸入的射頻信號分為功率相等的兩路射頻信號。
8、 一種包絡檢波方法，其特征在于，包括步驟 將輸入的射頻信號分為兩路射頻信號；對其中一路射頻信號進行正向檢波處理得到第一包絡信號；對另外一路射 頻信號進行反向檢波處理得到第二包絡信號；將第一包絡信號和第二包絡信號整合為一路包絡信號，并》丈大輸出。
9、 根據權利要求8所述的包絡檢波方法，其特征在于進一步還包括步 驟對整合后的包絡信號進行高頻分量的濾波，并對整合后的包絡信號的幅度 進行》文大。
10、 根據權利要求8或9所述的包絡檢波方法，其特征在于將輸入的射 頻信號分為功率相等的兩路射頻信號。
全文摘要
本發明公開了一種包絡檢波裝置及其方法，所述包絡檢波裝置包括功率分配器、第一檢波管、第二檢波管和增益濾波器；功率分配器一個輸出端經過第一檢波管與增益濾波器的輸入端連接，功率分配器的另一個輸出端經過第二檢波管與增益濾波器的輸入端連接；功率分配器將輸入的射頻信號分成兩路射頻信號，其中一路射頻信號經過第一檢波管的正向檢波得到第一包絡信號，并輸出到所述增益濾波器；另一路射頻信號經過第二檢波管的反向檢波得到第二包絡信號，并輸出到增益濾波器；增益濾波器將第一包絡信號和第二包絡信號整合為一路包絡信號，并放大輸出。本發明的包絡檢波裝置及方法，其成本比較低、時延小、檢測動態范圍比較大、精準度比較高。
文檔編號H04B7/005GK101505178SQ200910037990
公開日2009年8月12日 申請日期2009年3月17日 優先權日2009年3月17日
發明者王宏偉 申請人:京信通信系統(中國)有限公司