微波功率放大器的线性化技术

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1、微波功率放大器的线性化技术陈贵强甘体国(中国电子科技集团公司第十研究所成都610036)【摘要】本文介绍了放大器线性特性的描述方法，常用的几种功放线性化技术的原理、优缺点及国内外线性化技术状况。着重介绍了自适应线性化技术。关键词：功率放大器，线性化技术，自适应技术1.前言微波功率放大器在广播、电视、以及无线通信系统中有越来越重要的应用，在这些应用中它通常被用作发射机的末级，而末级是电子设备功耗的主要部分，也是成本最高的部分。B类或C类放大器效率较高，但有严重的非线性特性。QPSK或QAM等线性调制技

2、术频谱利用率高，但其起伏的包络信号通过非线性功率放大器将产生失真，即所谓的AM—AM和AM—PM变换。多路信号通过非线性放大器将产生交调，交调产物的大部分表现为对邻近频道的干扰(ACPI)，无法用滤波器滤出，不能满足发射机频谱特性指标。在多载波传输系统中(如醒DS),通常将多路载波分别线性放大后用频率复用器合成一路送到天线。高功率频率复用器不仅消耗功率，而且技术难度大，成本高。采用超线性功率放大器可同时放大多路信号而使交调限制在允许范围内。功率放大器的线性化技术是使放大器输出功率和效率最高的同时具有

3、线性特性，常用的有[1][2]前馈法(feedforward)、反馈法(feedback)、预失真法(predistortion)、用非线性部件实现线性化(LINC)等。数字信号处理技术(DSP)的飞速发展为线性化技术提供了有效手段，出现了自适应线性化技术。具有自适应补偿控制的前馈放大器能获得超线性特性，但是，由于这种方法需要辅助放大器而使设备复杂、价格高、效率低。反馈法包括射频反馈法和包络反馈法，设备简单，但频带窄且难以获得高的线性特性。LINC法将输入信号变成两个恒包络信号，由两个C类放大器放大

4、，然后合成。这种方法效率高，但实现信号分离复杂，要求两个放大器一致性好且合成效率高。自适应预失真法在功放前插入非线性元件(预失真器)，能自动修正输入信号，使功放输出具有线性特性，能补偿由于温度、电源变化、晶体管老化等产生的功放特性变化。由于预失真器接在末级功放之前，对高功放输出功率影响小。1.微波功率放大器线性特性的描述方法在微波功率放大器的诸多技术参数中，有两个是非常重要的，一个是输出功率，另一个是非线性失真特性。一个理想的线性功放，其输入输出响应应呈现线性关系，即输出应该是输入的线性函数，实际的

5、功放则偏离了此线性特征，呈现一种非线性关系，这就是非线性失真。非线性失真有不同的描述方法。常用的有(1)1分贝压缩点(PldB)(2)三阶交调系数(IP3)(3)调幅一调相(AM—PM)转换以及调幅一调幅(M1-AM)转换等。这些指标可以根据需要单独或同时描述微波功放的非线性失真特性。(1)1分贝压缩点在功放输入输出特性的饱和点附近，当信号功率增益下降1分贝所对应的输出功率称1分贝压缩点功率PldB。当输出功率超过该点放大器将迅速进入饱和工作区。(2)三阶交调系数交调失真是具有不同频率的两个或多个输

6、入信号经过功率放大器所产生的混合分量，它也是由于功率放大器的非线性造成的。功率放大器的非线性越强，交调分量就越大。假设在放大器工作频带内输入两个频率为fl和f2的信号，由于放大器的非线性，输出信号中除了这两个输入信号频率外，还有它们的谐波及谐波之间的差频，mfl,nf2,mfl土nf2，等等，其中频率为2Q—f2或2f2—fl的分量与基波fl或f2分量之比称三阶交调系数TP3。由于在各阶次的交调分量中三阶交调分量的频率与基波信号的频率非常接近，不可能把它从信道中直接滤除，三阶交调分量就成为主要的干扰

7、信号。因此，三阶交调系数就成为度量微波功率放大器非线性的一项重要指标。(3)AM—PM转换及AM—AM转换定义及性质。对单载波而言，由于传输信道的非线性，使信道增益压缩，产生谐波，谐波的幅度和相位与输入信号的幅度有关，使放大器增益与输入信号幅度有关，从而使输出信号的相位和幅度随输入信号的幅度变化，AM-PM定义为输出信号的相位变化与输入信号的幅度变化之比。AM—AM定义为输出信号的幅度变化与输入信号的幅度变化之比。AM-PM是增益压缩的直接表现，增益压缩的越厉害，AM—PM效应就越强，电路进入饱和区

8、后，AM—PM效应将非常严重。1.改善放大器线性特性的常用方法目前常用的改善功率放大器线性的方法主要有以下几种：1.功率回退法当功率放大器的输入功率减少ldB时，三阶交调系数将改善2dB，这种用减少输出功率的方法来改善功率放大器线性的方法称为功率回退法。它是改善功放线性的一种常用的有效方法。其优点是简单易于实现，缺点是降低了功放的功率，不能充分利用功放容量，增加了放大器成本。2.反馈法输入阁1反馈法原理框阁输出原理如图1所示，这是一种直接反馈方法。它是利用放大器输出的