射頻功率放大器的線性化技術(shù)

??? 射頻功率放大器的非線性失真會(huì)使其產(chǎn)生新的頻率分量，如對(duì)于二階失真會(huì)產(chǎn)生二次諧波和雙音拍頻，對(duì)于三階失真會(huì)產(chǎn)生三次諧波和多音拍頻。這些新的頻率分量如落在通帶內(nèi)，將會(huì)對(duì)發(fā)射的信號(hào)造成直接干擾，如果落在通帶外將會(huì)干擾其他頻道的信號(hào)。為此要對(duì)射頻功率放大器的進(jìn)行線性化處理，這樣可以較好地解決信號(hào)的頻譜再生問(wèn)題。射頻功放基本線性化技術(shù)的原理與方法不外乎是以輸入RF信號(hào)包絡(luò)的振幅和相位作為參考，與輸出信號(hào)比較，進(jìn)而產(chǎn)生適當(dāng)?shù)男Ｕ?。?shí)現(xiàn)射頻功放線性化的常用技術(shù)有三種：功率回退、預(yù)失真、前饋。
1、功率回退
??? 這是最常用的方法，即選用功率較大的管子作小功率管使用，實(shí)際上是以犧牲直流功耗來(lái)提高功放的線性度。
??? 功率回退法就是把功率放大器的輸入功率從1dB壓縮點(diǎn)(放大器有一個(gè)線性動(dòng)態(tài)范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)，放大器的輸出功率隨輸入功率線性增加。隨著輸入功率的繼續(xù)增大，放大器漸漸進(jìn)入飽和區(qū)，功率增益開(kāi)始下降，通常把增益下降到比線性增益低1dB時(shí)的輸出功率值定義為輸出功率的1dB壓縮點(diǎn)，用P1dB表示。)向后回退6-10個(gè)分貝，工作在遠(yuǎn)小于1dB壓縮點(diǎn)的電平上，使功率放大器遠(yuǎn)離飽和區(qū)，進(jìn)入線性工作區(qū)，從而改善功率放大器的三階交調(diào)系數(shù)。一般情況，當(dāng)基波功率降低1dB時(shí)，三階交調(diào)失真改善2dB。
??? 功率回退法簡(jiǎn)單且易實(shí)現(xiàn)，不需要增加任何附加設(shè)備，是改善放大器線性度行之有效的方法，缺點(diǎn)是效率大為降低。另外，當(dāng)功率回退到一定程度，當(dāng)三階交調(diào)制達(dá)到-50dBc以下時(shí)，繼續(xù)回退將不再改善放大器的線性度。因此，在線性度要求很高的場(chǎng)合，完全靠功率回退是不夠的。
2、預(yù)失真
??? 預(yù)失真就是在功率放大器前增加一個(gè)非線性電路用以補(bǔ)償功率放大器的非線性失真。
??? 預(yù)失真線性化技術(shù)，它的優(yōu)點(diǎn)在于不存在穩(wěn)定性問(wèn)題，有更寬的信號(hào)頻帶，能夠處理含多載波的信號(hào)。預(yù)失真技術(shù)成本較低，由幾個(gè)仔細(xì)選取的元件封裝成單一模塊，連在信號(hào)源與功放之間，就構(gòu)成預(yù)失真線性功放。手持移動(dòng)臺(tái)中的功放已采用了預(yù)失真技術(shù)，它僅用少量的元件就降低了互調(diào)產(chǎn)物幾dB，但卻是很關(guān)鍵的幾dB。
??? 預(yù)失真技術(shù)分為RF預(yù)失真和數(shù)字基帶預(yù)失真兩種基本類型。RF預(yù)失真一般采用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易于高頻、寬帶應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是頻譜再生分量改善較少、高階頻譜分量抵消較困難。
??? 數(shù)字基帶預(yù)失真由于工作頻率低，可以用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，適應(yīng)性強(qiáng)，而且可以通過(guò)增加采樣頻率和增大量化階數(shù)的辦法來(lái)抵消高階互調(diào)失真，是一種很有發(fā)展前途的方法。這種預(yù)失真器由一個(gè)矢量增益調(diào)節(jié)器組成，根據(jù)查找表(LUT)的內(nèi)容來(lái)控制輸入信號(hào)的幅度和相位，預(yù)失真的大小由查找表的輸入來(lái)控制。矢量增益調(diào)節(jié)器一旦被優(yōu)化，將提供一個(gè)與功放相反的非線性特性。理想情況下，這時(shí)輸出的互調(diào)產(chǎn)物應(yīng)該與雙音信號(hào)通過(guò)功放的輸出幅度相等而相位相反，即自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊就是要調(diào)節(jié)查找表的輸入，從而使輸入信號(hào)與功放輸出信號(hào)的差別最小。注意到輸入信號(hào)的包絡(luò)也是查找表的一個(gè)輸入，反饋路徑來(lái)取樣功放的失真輸出，然后經(jīng)過(guò)A/D變換送入自適應(yīng)調(diào)節(jié)DSP中，進(jìn)而來(lái)更新查找表。
3、前饋
??? 前饋技術(shù)起源于"反饋"，應(yīng)該說(shuō)它并不是什么新技術(shù)，早在二三十年代就由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室提出來(lái)的。除了校準(zhǔn)(反饋)是加于輸出之外，概念上完全是"反饋"。?
??? 前饋線性放大器通過(guò)耦合器、衰減器、合成器、延時(shí)線、功分器等組成兩個(gè)環(huán)路。射頻信號(hào)輸入后，經(jīng)功分器分成兩路。一路進(jìn)入主功率放大器，由于其非線性失真，輸出端除了有需要放大的主頻信號(hào)外，還有三階交調(diào)干擾。從主功放的輸出中耦合一部分信號(hào)，通過(guò)環(huán)路1抵消放大器的主載頻信號(hào)，使其只剩下反相的三階交調(diào)分量。三階交調(diào)分量經(jīng)輔助放大器放大后，通過(guò)環(huán)路2抵消主放大器非線性產(chǎn)生的交調(diào)分量，從而了改善功放的線性度。
??? 前饋技術(shù)既提供了較高校準(zhǔn)精度的優(yōu)點(diǎn)，又沒(méi)有不穩(wěn)定和帶寬受限的缺點(diǎn)。當(dāng)然，這些優(yōu)點(diǎn)是用高成本換來(lái)的，由于在輸出校準(zhǔn)，功率電平較大，校準(zhǔn)信號(hào)需放大到較高的功率電平，這就需要額外的輔助放大器，而且要求這個(gè)輔助放大器本身的失真特性應(yīng)處在前饋系統(tǒng)的指標(biāo)之上。
??? 前饋功放的抵消要求是很高的，需獲得幅度、相位和時(shí)延的匹配，如果出現(xiàn)功率變化、溫度變化及器件老化等均會(huì)造成抵消失靈。為此，在系統(tǒng)中考慮自適應(yīng)抵消技術(shù)，使抵消能夠跟得上內(nèi)外環(huán)境的變化。