0 引 言

射頻功率放大器是距離最靠近發(fā)射天線的重要一環(huán)，被廣泛應(yīng)用與各種無(wú)線發(fā)射設(shè)備中,。射頻功率放大器的指標(biāo)主要有: 線性度,、效率、噪聲系數(shù)等,，其中最關(guān)心的是其線性度和效率,。隨著無(wú)線用戶數(shù)目的增多，寬帶通信業(yè)務(wù)的發(fā)展,，通信頻段變得越來(lái)越擁擠,，為在有限的頻譜范圍內(nèi)容納更多的通信信道， 需采用頻譜利用率更高的調(diào)制技術(shù),。但由于放大器的非線性,，信號(hào)的包絡(luò)波動(dòng)會(huì)產(chǎn)生非線性失真。這就對(duì)射頻功率放大器的線性度提出了更高的要求,。

傳統(tǒng)的改善射頻功率放大器非線性失真的方法有: 前饋,、負(fù)反饋和預(yù)失真。前饋線性化技術(shù)需要額外的輔助功率放大器和較復(fù)雜的控制電路且體積大,、價(jià)格昂貴,。負(fù)反饋技術(shù)的方法降低了放大器的增益，且只能使放大器在很窄的頻帶內(nèi)穩(wěn)定工作,，僅適用于窄帶通信系統(tǒng),。預(yù)失真技術(shù)是目前最常用的線性化技術(shù)之一。

其電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,、工作穩(wěn)定,、成本低、工作頻帶寬,、易于集成且直流功率高,。本文將介紹一種新型預(yù)失真器的設(shè)計(jì)方案,， 并運(yùn)用ADS2008U1 對(duì)電路進(jìn)行仿真分析。結(jié)果表明,， 該方案能夠很好地改善功率放大器的非線性失真,。

1  預(yù)失真線性化技術(shù)的工作原理

預(yù) 失真是在功率放大器前端增加一個(gè)非線性電路用于補(bǔ)償功率放大器的非線性失真， 基本原理如圖1 所示,。預(yù)失真器實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)非線性發(fā)生器,， 通過(guò)控制非線性發(fā)生器，使其輸出與射頻放大器的非線性特性在幅度上相同,、相位上相反,，來(lái)抵消射頻功率放大器的非線性，從而提高功放的線性度,，使功放獲得線性化輸出,。根據(jù)預(yù)失真器所處的位置， 可將預(yù)失真技術(shù)分為射頻預(yù)失真,、中頻預(yù)失真和基頻預(yù)失真三類,，本文主要討論射頻預(yù)失真技術(shù)。



圖1 預(yù)失真原理圖,。

傳統(tǒng)的預(yù)失真技術(shù)的原理框圖,， 如圖2 所示。



圖2  傳統(tǒng)預(yù)失真方法圖示,。

它 的不足之處在于,， 當(dāng)輸入信號(hào)進(jìn)入預(yù)失真器之后， 在其輸出端不僅有用來(lái)補(bǔ)償射頻功放非線性特性的非線性失真信號(hào),，而且還有殘余的基頻分量,，根據(jù)預(yù)失真技術(shù)的原理可知，這部分殘余基頻信號(hào)是與射頻功放中的基頻信號(hào)相位相反的,。故在改善功放非線性特性的同時(shí),，其輸出功率也受到一定程度的削弱。

2  新型預(yù)失真器的設(shè)計(jì)

本文采用一種電橋形式的同向平行二極管對(duì)預(yù)失真器,，預(yù)失真模型見(jiàn)圖3,。



圖3 預(yù)失真器模型。

2. 1  預(yù)失真器模型

用90電橋網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成信號(hào)的處理和匹配功能,， 電橋0通路上的電容可補(bǔ)償二極管對(duì)的電抗分量， 彌補(bǔ)相位失真,。采用90電橋還可以保持輸入/ 輸出阻抗特性的良好匹配,。

2. 2  非線性輸出分析

設(shè)在預(yù)失真器輸入端加等幅的雙音信號(hào)vi :



式中: A 為雙音信號(hào)的幅度; 1 ， 2 為雙音信號(hào)的頻率,。

設(shè)預(yù)失真器的非線性傳輸系數(shù)為y = f ( x ) ,， 輸出為vo ,，即vo = f ( vi) 。將其展成冪級(jí)數(shù)形式為:



由上式可知: 在預(yù)失真器的輸出信號(hào)中,， 不僅有基頻信號(hào),， 還有各次諧波及各種交調(diào)信號(hào)。其中,，需要的是三階交調(diào)失真分量,，這里產(chǎn)生的基頻分量對(duì)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)可稱為“干擾信號(hào)”， 必須設(shè)計(jì)電路將此基頻信號(hào)消除,。

2. 3  新型預(yù)失真器的設(shè)計(jì)

針 對(duì)預(yù)失真器輸出端有系統(tǒng)不需要的基頻信號(hào)的問(wèn)題,， 在此將設(shè)計(jì)一種新型的預(yù)失真器， 用于消除該基頻信號(hào),，電路原理圖見(jiàn)圖4,。輸入的等幅雙音信號(hào)由3 dB功分器等分成兩路，一路信號(hào)進(jìn)入預(yù)失真器,， 另一路信號(hào)由延遲器延遲后,， 進(jìn)入增益/ 相位調(diào)節(jié)器。延遲主要為了讓進(jìn)入增益/ 相位調(diào)節(jié)器的信號(hào)與進(jìn)入預(yù)失真器的信號(hào)同步,。其中,， 增益/ 相位調(diào)節(jié)器由可調(diào)衰減器和可調(diào)移相器級(jí)聯(lián)而成， 其作用是為了得到具有適當(dāng)幅度和相位的基頻信號(hào),。此外,，預(yù)失真器的輸出端將包含基頻在內(nèi)的一系列非線性失真分量，經(jīng)適當(dāng)延遲后,， 與增益/ 相位調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)一起被送進(jìn)功率合成器,。通過(guò)控制衰減器的衰減量和移相器的相位來(lái)產(chǎn)生與預(yù)失真器輸出信號(hào)中所包含的基頻信號(hào)具有相同幅度、相反相位的信號(hào),，用來(lái)抵消預(yù)失真器所產(chǎn)生的基頻分量,。在功率分配器輸出端得到的信號(hào)就是需要的三階交調(diào)失真信號(hào)。

帶消基頻" />帶消基頻的預(yù)失真器電路" border="0" src="http://files.chinaaet.com/images/20101229/855fe3c2-8941-4984-a750-bd10a5e8cd9e.jpg" style="width: 592px; height: 238px" />

圖4  帶消基頻的預(yù)失真器電路,。

2. 4  預(yù)失真器仿真分析

在安捷倫公司的ADS2008U1 中完成電路仿真模型的搭建,， 仿真電路如圖4 所示加入等幅雙音信號(hào)， 其頻率分別為940 MHz 和950 MHz,。對(duì)電路進(jìn)行諧波平衡( HB) 仿真分析,， 得到預(yù)失真器輸出信號(hào)頻譜如圖5， 圖6 所示,。



圖5  傳統(tǒng)預(yù)失真器輸出頻譜,。

圖5 為傳統(tǒng)預(yù)失真器的仿真結(jié)果， 圖6 為加了消基頻電路后的仿真結(jié)果,。經(jīng)比較可看出加了消基頻電路之后,，預(yù)失真器輸出端的信號(hào)中基頻分量減少了40 dBc,。



圖6 改進(jìn)后的預(yù)失真器輸出頻譜。

3  預(yù)失真功率放大器的設(shè)計(jì)與仿真

3. 1  設(shè)計(jì)指標(biāo)及預(yù)失真功放電路的搭建

預(yù) 失真器射頻功率放大器的性能指標(biāo): 工作頻段為900 MHz~ 1 GHz; 輸出功率大于等于13. 4 dBm; 三階交調(diào)改善大于等于40. 2 dBc,。仿真時(shí)使用的是一個(gè)封裝好功放模塊,，該模塊內(nèi)包含功率管MRF9742 和直流偏置電路及輸入/ 輸出匹配電路等，預(yù)失真功放電路如圖7 所示,。



圖7 預(yù)失真射頻功放電路,。

3. 2  射頻功放仿真結(jié)果

仿真結(jié)果如圖8， 圖9 所示,。



圖8  沒(méi)加預(yù)失真器的PA 輸出頻譜,。


圖9 加預(yù)失真器后的PA 輸出頻譜。

其中圖8 是沒(méi)加預(yù)失真器時(shí)功放的輸出頻譜,， 圖9是加了預(yù)失真器后的功率放大器的輸出頻譜,。

4  結(jié) 論

本 文設(shè)計(jì)了一種帶消基頻的預(yù)失真器， 并把此預(yù)失真器用于改善射頻功率放大器的非線性失真,。仿真結(jié)果表明,，利用本文設(shè)計(jì)的預(yù)失真器可明顯補(bǔ)償傳統(tǒng)預(yù)失真器的不足，并且可以抑制射頻功率放大器的三階交調(diào)失真分量達(dá)40 dBc 以上,。本文有待改進(jìn)之處在于,， 可以利用自適應(yīng)方法來(lái)控制電路中可調(diào)移相器和衰減器，通過(guò)檢測(cè)輸出信號(hào)中的三階交調(diào)失真分量的比例,，自適應(yīng)地調(diào)節(jié)衰減器和移相器,，這樣可以更好地改善射率放大器的非線性失真。