電子科技大學(xué)碩士論文摘要摘要隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，線性調(diào)制技術(shù)正得到越來越廣泛的應(yīng)用。但包絡(luò)變化的調(diào)制信號(hào)經(jīng)過線性不良的功放后會(huì)產(chǎn)生互調(diào)分量，因此必須采用線性化技術(shù)來減少由此產(chǎn)生的鄰道干擾。基于預(yù)失真技術(shù)的線性化系統(tǒng)具有技術(shù)簡(jiǎn)單易行，成本低廉的特點(diǎn)，因而獲得了較為廣泛的應(yīng)用。本論文首先介紹了功率放大器的基本原理，分析了功率放大器的非線性特性，特別是AMAM和AMPM轉(zhuǎn)換特性；接著介紹了常用的功率放大器的線性化技術(shù)，例如預(yù)失真和前饋技術(shù)，重點(diǎn)介紹了預(yù)失真技術(shù)。論文最后具體敘述了本課題采用的方案，說明了其線性化的原理及實(shí)現(xiàn)過程，并給出了放大器使用和不使用線性化器的結(jié)果，這些結(jié)果表明失真得到了改善。關(guān)鍵詞】功率放大器預(yù)失真三階互調(diào)失真線性化電子科技大學(xué)碩士論文ABSTMTABSTRCTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFWIRELESSCOMMUNICATIONTHE1INEARMODULATIONMETHODSAREWIDELYUSEDSINCETHEENVELOPEOFMODULATEDSIGNALFLUCTUATES，THESEMETHODSGENERATEUNWANTEDINTERMODULAFIONDISTORTION1MDPRODUCTSINANONLINEARRADIOFREQUENCYRFPOWERAMPLIFERAPASOITISNECESSARYTOUSELINEARIZATIONTECHNIQUETOREDUCETHEADJACENTCHANNELINTERFERENCEACIPREDISTORTIONISAWIDELYUSEDLINEARIZATIONTECHNIQUEBECAUSEOFITSUNIQUEADVANTAGEOFEASILYREALIZATIONANDREASONABLECOST，ANDTHERESEARCHOFPREDISTORINGLINEARIZERISBECOMINGTHEHOTRESEARCHFIELDTHEPRINCIPLEOFPOWERAMPLIFIERISINTRODUCEDATFIRSTINTHISPAPER,THENONLINEARINFLUENCE，SUCHASAMAMANDAMPMCONVERSION，HASALSOBEENANALYZEDINTHISPAPERSOMECOMMONLINEARIZATIONTECHNIQUES，SUCHASFEEDBACK，F(xiàn)EEDFORWARDANDPREDISTORTION，HAVEBEENINTRODUCEDANDPREDISTORTIONHASBEENESPECIALLYDESCRIBEDATLAST，THESCHEMEOFSUBJECTANDTHEPRINCIPLEOFTHISLINEARIZERISREPRESENTEDANDANALYZEDINDETAIL，ANDTHERESULTSFORTHEAMPLIFIERWITHANDWITHOUTLINEARIZERAREGIVENTHERESULTSSHOWTHATDISTORTIONREDUCTJONCOU】DBEACHIEVEDKEYWORDSRFPOWERAMPLIFIER,PREDISTORTION，3RDINTERMODULAFION，1INEARIZATIONII獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。簽名丕查盆日期如。R年RTJZ牛E1關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本學(xué)位論文作者完全了解電子科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)電子科技大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)髓手段保存、匯編學(xué)位論文。保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定簽名五固盤導(dǎo)師簽名日期參。肄F月睜日電子科技大學(xué)碩士論文第一章引言第一章引言毫無疑問，過去十年中無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，不僅改變?nèi)藗兊耐ㄐ欧绞剑€從某種程度上改變了生活方式【10】從全球范圍來看，無線通信用戶的年增量都在持續(xù)逐年大幅度增長，無線通信已經(jīng)進(jìn)入規(guī)?；l(fā)展的階段。如今，快速發(fā)展的無線通信已成為信息產(chǎn)業(yè)中最為耀眼的亮點(diǎn)，并成為推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)力。無線通信系統(tǒng)的目的是用最小的功率來保持每個(gè)信道的有效鏈接，但隨著無線用戶的數(shù)量飛速發(fā)展和寬帶通信業(yè)務(wù)的開展，通信頻段變得越來越擁擠，在頻譜效率和功率效率這兩個(gè)重要指標(biāo)之間更趨向于選擇頻譜效率。為了在有限的頻譜范圍內(nèi)容納更多的通信信道，要求采用頻譜利用率更高的傳輸技術(shù)，因此線性調(diào)制技術(shù)如0AMQUADRATLLRCAMPLITUDEMODULATION、QPSKQUADRATUREPHASESHIFTKEYING等在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中被廣泛采用。所有的無線通信系統(tǒng)都要求對(duì)相鄰頻段的用戶產(chǎn)生最小的干擾，也就是必須在所規(guī)定的頻段范圍內(nèi)傳送信號(hào)。但通信系統(tǒng)中的半導(dǎo)體器件必定會(huì)使發(fā)送信號(hào)產(chǎn)生非線性失真，從而對(duì)相鄰信邀產(chǎn)生不同程度的干擾，因此必須控制在一定的范圍以內(nèi)。對(duì)于采用恒包絡(luò)調(diào)制如FMFREQUENCYMODULAITION、MSKMINIMUMSHIFTKEYING的無線通信系統(tǒng)，可以采用濾波技術(shù)來消除諧波干擾。但對(duì)于包絡(luò)變化的線性調(diào)制技術(shù)，濾波并不能消除互調(diào)產(chǎn)物，因此必須采用線性化的發(fā)射機(jī)系統(tǒng)。射頻功率放大器是發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中非線性最強(qiáng)的器件，因此提高功率放大器的線性度成為線性化發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵。提高功率放大器的線性度有三種方法一是選用滿足系統(tǒng)性能要求的超線性器件。這需要選擇合適的半導(dǎo)體材料并改善放大器的制造工藝。這種方法花費(fèi)巨大，技術(shù)難度高，多年來一直未有大的突破。第二種方法是使放大器工作在線性區(qū)域，但這樣做大大降低了電源利用率。在這種情況下，放大器的電源消耗大部分轉(zhuǎn)化為熱能，器件的散熱也是一個(gè)比較大的問題。而且，大功率器件比較昂貴，造成整機(jī)成本較高。第三種方法是采用線性化技術(shù)，即采用適當(dāng)?shù)耐鈬娐坊蚯爸盟惴▽?duì)放大器的非線性特性進(jìn)行修正，從而使發(fā)信通道整體上呈現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)線性放大的效果。這種方法避免了難度很大的器件制造技術(shù)，采用制造難度相對(duì)較低的器件，不但形式多樣，而且器件電子科技大學(xué)碩士論文第一章引言的選擇也較靈活。目前不少線性化技術(shù)已經(jīng)成功地進(jìn)入實(shí)用階段。功率放大器線性化技術(shù)具有良好的發(fā)展前景。功放線性化技術(shù)是順應(yīng)了實(shí)際需求而發(fā)展起來的，既要滿足高速復(fù)雜數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求，又要滿足大容量、低成本的要求。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，為保證定范圍的信號(hào)覆蓋，我們通常使用功率放大器進(jìn)行信號(hào)放大。在CDMA或WCDMA基站中，即使是單載頻，也需要采用線性功放，這是因?yàn)镃DMA技術(shù)是隨機(jī)包絡(luò)的寬帶信道，如果采用一般的大功率放大器通常工作于AB類，將由于互調(diào)失真的影響產(chǎn)生頻譜再生效應(yīng)，有趣的是頻譜再生盡管對(duì)本信道的影響不大甚至毫無影響，但它將會(huì)干擾相鄰信道。所以，功放線性化技術(shù)在移動(dòng)通信系統(tǒng)中具有很重大的意義，它可以很好的解決頻譜再生問題。同樣，線性功放對(duì)于衛(wèi)星通信系統(tǒng)的改善頻譜泄露、減小信號(hào)傳輸失真也具有很重要的作用。放大器的線性化技術(shù)主要有前饋FEEDFORWORD、負(fù)反饋NEGATIVEFEEDBACK和預(yù)失真PREDISTORTION等幾種方案。理論上，前饋能夠消除二階和三階非線性，并且穩(wěn)定性比較好。但是，前饋線性化器的實(shí)際實(shí)現(xiàn)比較困難，因?yàn)榍梆伃h(huán)中需要精確的相位平衡及幅度補(bǔ)償。負(fù)反饋比較簡(jiǎn)單，也很穩(wěn)定，但在高頻反饋中，反饋環(huán)路的相移很難控制。預(yù)失真在功率放大器的線性化中是成本較低的一種選擇，其最主要的優(yōu)點(diǎn)是預(yù)失真的頻帶較寬，電路相對(duì)比較簡(jiǎn)單。通過簡(jiǎn)單的預(yù)失真電路，使功率放大器輸出功率提高，從而提高通信系統(tǒng)的信息處理能力及微波電視發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的發(fā)射能力，帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。本文主要涉及以下工作1研究放大器的基本原理。詳細(xì)分析了放大器的非線性失真產(chǎn)物。2介紹了常用的RF功率放大器的線性化技術(shù)及各自特點(diǎn)。重點(diǎn)分析了預(yù)失真技術(shù)，包括預(yù)失真的基本原理及分類，并介紹了幾種典型RF預(yù)失真器。3詳細(xì)介紹了本課題線性化方案的基本原理、實(shí)現(xiàn)方法，并給出了仿真及電路測(cè)試的結(jié)果。電子科技大學(xué)碩士論文第二章功率放大器主要指標(biāo)第二章功率放大器的主要指標(biāo)21功率放大器的特點(diǎn)功率放大器就是用來放大輸入信號(hào)，使之達(dá)到足夠高的功率電平，以滿足發(fā)射天線或負(fù)載單元的要求。實(shí)際上它不僅應(yīng)用在各種類型發(fā)射機(jī)中，許多電子設(shè)備如高頻換流器及微波功率源等也廣泛用到它。發(fā)射機(jī)各級(jí)高頻放大器的輸出功率小的從幾十毫瓦到幾百毫瓦，高的可以達(dá)到幾十瓦、幾百瓦以至幾千瓦。為提高電源效率和可靠性，功率放大器隨應(yīng)用場(chǎng)合的不同，而采用不同的工作狀態(tài)。以雙極型晶體管為例，當(dāng)需要線性放大時(shí)，就使整個(gè)信號(hào)周期中晶體管都工作在它的放大區(qū)，這種狀態(tài)稱為甲類功率放大。當(dāng)輸入信號(hào)很大時(shí)，為了提高放大器的集電極效率和輸出功率，常使晶體管偏置在截止區(qū)附近即發(fā)射結(jié)處于反向偏黃狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為乙類放大或丙類放大。所謂乙類放大是指晶體管集電極電流只能在半個(gè)周期內(nèi)通過，而丙類放大時(shí)集電極電流的導(dǎo)通時(shí)間小于半個(gè)高頻周期。丙類放大的效率高，且輸出功率可以很大，因此頻帶較窄的射頻放大時(shí)常用丙類放大。同時(shí)，丁類、戊類、己類放大也得到一定的研究?！?7】F勰】功率放大器的一個(gè)主要特點(diǎn)是工作在大信號(hào)狀態(tài)，因而常常呈現(xiàn)出非線性效應(yīng)。22功率放大器的主要技術(shù)參數(shù)功率放大器的主要工程技術(shù)參數(shù)及其說明見表21。下面將對(duì)這些參數(shù)予以簡(jiǎn)要介紹。一、工作頻率范圍F指放大器滿足各項(xiàng)指標(biāo)的工作頻率范圍。要保證各項(xiàng)指標(biāo)，放大器的實(shí)際工作頻率應(yīng)盡可能限定在指定的工作頻率范圍內(nèi)。二、功率增益G指輸入輸出端口良好匹配的情況下，輸出功率和輸入功率的比值。單位常用DB。功率增益的定義為功率增益1019蔫糕CAB電子科技大學(xué)碩士論文第二章功率放大器主要指標(biāo)參數(shù)說明表示方式工作頻率池嗣F功率增益G增益平坦度G噪聲系數(shù)NF1分貝壓縮點(diǎn)輸PLDB功率三階截?cái)帱c(diǎn)IPA輸入，輸M電壓VSWR駐波比工作1H壓電流V，A表21放大器主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)說明三、增益乎坦度AG指在定溫度下、整個(gè)工作頻率范圈內(nèi)放大器增益的變化范圍。增益平坦度由下式表示見圖21AGGMAXGMINRDB、2、其中，G。和G。F。分別為增益一頻率掃頻曲線的幅度最大、最小值。四、噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)常作為接受端的小信號(hào)低噪聲放大器的主要指標(biāo)，只是在有特殊要求的功率放大器中才對(duì)此有所提及，但對(duì)其指標(biāo)的要求遠(yuǎn)不及低噪聲放大器那么高。噪聲系數(shù)定義為輸入端信噪比與輸出端信噪比的比值，單位常用DB。噪聲系數(shù)常用下式表示NFDB10LG器DB由于任何放大器都具有一定的噪聲，因此輸出信嗓比總是要小于輸入信嗓比，即NF總是大于0DB。八一廠丫圣二U照?qǐng)D21增益平坦度示意圖五、1分貝壓縮點(diǎn)輸出功率P1DB放大器有一個(gè)線性動(dòng)態(tài)范圍。在這個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，放大器的輸出功率隨輸入功率線性增加。這種放大囂稱之為線性放大器，這時(shí)的功率增益就是小電子科技大學(xué)碩士論文第二章功率放大器主要指標(biāo)信號(hào)功率增益G。隨著輸入功率的繼續(xù)增大，放大器進(jìn)入非線性區(qū)，其輸出功率不再隨輸入功率的增大而線性增大。也就是說，此時(shí)的輸出功率低于小信號(hào)增益所預(yù)計(jì)的值。通常把增益下降到比線性增益低LDB時(shí)的輸出功率值定義為輸出功率的LDB壓縮點(diǎn)，用P1DB表示。六、三階截?cái)帱c(diǎn)衡量功率放大器的線性度和輸出能力的另一個(gè)重要的指標(biāo)是三階截?cái)帱c(diǎn)。測(cè)量三階截?cái)帱c(diǎn)的比較流行的方法是利用兩個(gè)相距510MHZ的鄰近信號(hào)FL、F2同時(shí)加到一個(gè)放大器中，那么該放大器的輸出不僅包括了這兩個(gè)信號(hào)，而且也包括了頻率為MFLNF2的互調(diào)分量1M。這里稱MN為互調(diào)分量的階數(shù)。中等飽和電平時(shí)，起支配作用的通常是最接近基音頻率的三階分量見圖22。圖23所示為基頻信號(hào)及其互調(diào)分量的頻譜圖。塞圖22放大器的輸出功率與互調(diào)分量隨輸入功率的變化F1F2F2一F12FL一F22。2一FL2F2之3FL一2F23F22F1LIL圖23基頻信號(hào)及其互調(diào)分量頻譜電子科技大學(xué)碩士論文第二章功率放大器主要指標(biāo)因?yàn)槿A項(xiàng)一直到畸變十分嚴(yán)重的點(diǎn)都起著支配作用，所以工程上常用三階截?cái)帱c(diǎn)】P3表征互調(diào)畸變見圖22。三階截?cái)帱c(diǎn)是描述放大器線性度的個(gè)重要指標(biāo)。設(shè)IP3點(diǎn)處的輸出功率為TOI，那么工程上一般用以下關(guān)系TOI只。108；TOI巴，86；E3O，則它大于毛爿二端口網(wǎng)絡(luò)為線性時(shí)的增益；如果B號(hào)屯A3，Q處的輸出功率PQ的響應(yīng)與二端口網(wǎng)絡(luò)假定為線性時(shí)在Q處輸出功率只的響應(yīng)幾乎一致。在較高功率電平時(shí)PCO。的響應(yīng)將被壓縮，并將偏離P的響應(yīng)，如圖33所示。由式3，13，我們有只卅叭G期2警砌P，JPQ10LGKLA49_K42P20L一0921019知4342103且315316幽。LTL、，TLJ堅(jiān)月電子科技大學(xué)碩士論文第三章信號(hào)失真特性的描述方法由于在鼻處，按照定義，EOE260。一緲，比較式314和316，我們得到只處的理論振幅A為2在只處。J4麗KI3一L7因此，只釧LG肥LT3堡IK,I堡RLJ船礬3_18如果R50Q，則只一叭G篙“LZS鋤319又由前圖我們注意到，POJ,的響應(yīng)在只點(diǎn)與P20AO2的響應(yīng)相交。這對(duì)于闡明B和B的關(guān)系是有用的。在弓處，我們有JP0，P20，一出，比較式315和316，則弓處的振幅為在只鵝。詈南3_2。因而，E忙1翻K1爿10砌PZ一，只一9DBM比較式311和318，可得到B和PLDB之間的關(guān)系為BE1063DBM322由式318我們注意到，截?cái)喙β手慌c輸入功率無關(guān)，因此是系統(tǒng)非線性的一種有用的量度。又由比較式314、316和318可得2功。一2處的輸出功率為P2鈍一023咒一2P，DBM323用較低電平信號(hào)時(shí)，RZPQ，因而只2Q一。3PC01一2I，DBM324在較高電平輸入功率處，式324的關(guān)系不再成立。應(yīng)用式315、316電子科技大學(xué)碩士論文第三章信號(hào)失真特性的描述方法P2W1W26呱L10343R掣19QP02K1，L，I3PO1一2只DBM325總之，當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的非線性可以用三項(xiàng)的冪級(jí)數(shù)表示時(shí)，截?cái)帱c(diǎn)是估計(jì)三次互調(diào)成分失真電平的一種方便方法，即使是窄帶系統(tǒng)，此三次互調(diào)成分通常落入工作頻帶內(nèi)。利用方程式324，用測(cè)量三次互調(diào)成分功率和遠(yuǎn)低于截?cái)帱c(diǎn)某電平處即在小信號(hào)區(qū)域內(nèi)基頻功率的方法可以很容易間接地測(cè)定截?cái)帱c(diǎn)。32無記憶系統(tǒng)中的交叉調(diào)制當(dāng)一個(gè)信號(hào)陽制制被轉(zhuǎn)移劍另一個(gè)信號(hào)時(shí)，則在非線性系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)另一種失真，換句話說，出現(xiàn)了新的不希望的調(diào)制。這種調(diào)制稱為“交叉調(diào)制”，研究由兩個(gè)等振幅A，頻率為COI車N仞組成的輸入信號(hào)的情況，一個(gè)信號(hào)為調(diào)制信號(hào)，另一個(gè)為原來未調(diào)制的信號(hào)，即EIOA1MCOSCO，TCOSD01TACOSE2R326式中M為調(diào)制系數(shù)，。是調(diào)制頻率，Q和甜2為載波頻率。將式326代入式32，得到如下輸出項(xiàng)E。KLA1MCOSCOTCOSODLTKLACOSC02，KZA2，2且彳C。SC，圭A，2圭A，2C。S珊。，三丟C。S2C碼，要丟C。S202T1MCOSOMIC。S，一F十C。S白。，】如4弧SMCOSTAROT3M2三圭C。S2。，M33COSC0RNLCOS3COJ3。COS0，14。COS3COTTS肘COSOMTIM2丟肘2C。SZ。，睜三COS2CO，TCOSCOT31MCOSOREHCOS2092TCOS州I堡噠蘭堡主墮塞塑三皇墮量叁塞壁竺塑塑墮塑鯊I3C。S。HIICOS3CEFLI。03。2H由式327，交叉失真項(xiàng)P。為H言K3A3COS0213K3A3MCOSROTCOS咄E。0MCOSCOROTCOSC02F式中KK,A3K3A3M2者獸H吾屯爿2327因此調(diào)制信號(hào)已變換成載波頻率。調(diào)制系數(shù)M可以在頻率Q上測(cè)量，這是由于P。EC。,COSC02RMCOS602一國。，號(hào)“COSO2國。，】329交叉調(diào)制系數(shù)定義為MR與肼之比，即CMMM羔330毛詈屯爿2。叫對(duì)較低電平的信號(hào)，女，A尋屯一3，上式可近似表示為刪。三絲KL用DB表示為331叫怫Z吣。T4幫2PSZ，將此式與式314和316進(jìn)行比較，我們得到CMDB和具有相同振幅A的兩個(gè)未調(diào)制載波091和092的互調(diào)失真之間的關(guān)系為CMQBP2，02一EO一12DB2瓴一只一122K訓(xùn)只12DB33333線性失真群時(shí)延正如第一節(jié)所述的那樣，當(dāng)轉(zhuǎn)移函數(shù)的振幅和相位偏離理想特性時(shí)，在咖夠瞄撇呦；|J拋啦地0孓0電子科技大學(xué)碩士論文第三章信號(hào)失真特性的描述方法線性網(wǎng)絡(luò)中會(huì)產(chǎn)生信號(hào)失真。假如轉(zhuǎn)移函數(shù)何，已知，則輸出電壓YO可用反傅立葉變換求得為YOF。HJO,X，珊式中X，棚為輸入XO的傅立葉變換。H，珊女【1ACOSCOEXPJO,O】其振幅為常數(shù)，并具有附加頻率為F，伴隨一線性相移。HO珊可以寫成334例如考慮如下形式的轉(zhuǎn)移函數(shù)相對(duì)幅度為A的余弦波紋，同時(shí)H，國七L唧一，耐。蘭EXPDP一“蘭EXP“島L對(duì)于一個(gè)輸入XF，引起的輸出YF可用式334計(jì)算得到為YKXTTO等川一F0F等X。一F335因此振幅波紋引起兩個(gè)附加的成正比且延遲的XO波紋，通常稱之為回波。如前所述，線性相移意昧著對(duì)信號(hào)所有頻率分量為固定的對(duì)延。假定相移是頻率的非線性函數(shù)，則信號(hào)的各個(gè)頻率分量將受到不同的時(shí)延，結(jié)果導(dǎo)致相位失真。相位失真的一種方便表示方法是“群時(shí)延”，其定義為相位對(duì)頻率導(dǎo)數(shù)的負(fù)值，即TD一墮F336、DO當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的相移為頻率的線性函數(shù)時(shí)，群時(shí)延為一常數(shù)。這表示無相位失真。圖34A、B表示線性與非線性相移與頻率關(guān)系的一個(gè)例子。A1線性相移圖34相移與頻率的關(guān)系曲線B非線性相移電子科技大學(xué)碩士論文第三章信號(hào)失真特性的描述方法34振幅調(diào)制一相位調(diào)制AMPM變換除了由作為頻率函數(shù)的非線性相位特性引起的失真以外，二端口系統(tǒng)可能有另一種相位失真，其相移是諸如振幅調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)振幅的函數(shù)。例如輸出相位可具有如圖35所示的圍繞一平均值的波紋。這種作用稱為振幅調(diào)制一相位調(diào)制AMPM變換。圖35振幅調(diào)制產(chǎn)生的相位調(diào)制令巳是由調(diào)制系數(shù)為M的調(diào)幅載波引起的相對(duì)于平均相位的峰值相位偏差，則峰值相位誤差KP可用調(diào)幅載波的O船來表示為牛粼。，衄仔N。，電子科技大學(xué)碩士論文第四章RF功率放大器的線性化技術(shù)第四章RF功率放大器的線性化技術(shù)通信系統(tǒng)的功率放大器總是應(yīng)用在大信號(hào)狀態(tài)，或者說工作在只。附近，此時(shí)非線性就變的更為嚴(yán)重，如互調(diào)失真，諧波失真，幅度調(diào)制轉(zhuǎn)移失真，調(diào)幅調(diào)相轉(zhuǎn)移失真等。當(dāng)多載波輸入時(shí)，影響較嚴(yán)重的是三階互調(diào)失真。為了保證功率放大器的線性度，放大器往往被設(shè)囂遠(yuǎn)離只。點(diǎn)，其結(jié)果是輸出功率減小，效率降低。因此，現(xiàn)代通信系統(tǒng)中功率放大器的非線性影響已經(jīng)作為一個(gè)重要的因素來考慮。RF功放線性化技術(shù)從原理上分主要有兩大類一類是通過獲得功率放大器非線性特性來消除功率放大器輸出信號(hào)中的互調(diào)干擾分量，這類線性化技術(shù)主要包括前饋技術(shù)、負(fù)反饋技術(shù)和預(yù)失真技術(shù)等；另一類是通過輸入幅度恒定的信號(hào)給功率放大器來避免非線性失真，如LINC等技術(shù)就屬于這類線性化技術(shù)。下面將簡(jiǎn)單介紹一下除了預(yù)失真技術(shù)以外的這些線性化技術(shù)的基本工作原理與各自特點(diǎn)。41負(fù)反饋法負(fù)反饋技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電予設(shè)備中的各類放大器。負(fù)反饋的基本原理如圖41所示。圖41負(fù)反饋法原理框圖圖41中1端輸入信號(hào)，2端的輸出信號(hào)含有三階互調(diào)失真分量，該輸出信號(hào)通過耦合器使一部分信號(hào)進(jìn)入反饋網(wǎng)絡(luò)，通過反饋網(wǎng)絡(luò)使信號(hào)倒相，再經(jīng)過耦合器輸入功率放大器，最后，在功率放大器輸出端口輸出的基波信號(hào)雖比沒有反饋網(wǎng)絡(luò)時(shí)有所損失，但同時(shí)三階互調(diào)分量得到了明顯的抑制。負(fù)反饋利用放大器輸出的非線性失真信號(hào)抵消放大器自身的一部分非線性，因此對(duì)放大器輸出信號(hào)的穩(wěn)定性、增益的穩(wěn)定性、非線性失真以及通頻電子科技大學(xué)碩士論文第四章RF功率放大器的線性化技術(shù)帶等指標(biāo)都有改善作用。但是，負(fù)反饋方法降低了放大器的增益，且實(shí)際電路很難保證反饋網(wǎng)絡(luò)在高頻段的很寬頻帶內(nèi)反饋信弓與輸入信號(hào)反相，相移控制困難，因此這種方法一般只用在低頻場(chǎng)合。42前饋法前饋法的原理框圖如圖42所示。圖中PA，為待補(bǔ)償?shù)姆蔷€性放大器，RF為可變延時(shí)器，A2為輔助放大器，N為衰減器。圖42前饋法的原理框圖。耵T其工作原理如下輸入信號(hào)經(jīng)耦合器分成兩路，一路進(jìn)入主功率放大器，由于其非線性失真，輸出端除了有放大的主頻信號(hào)外，還有三階互調(diào)干擾。從主功放的輸出中耦合一部分信號(hào)經(jīng)衰減器CL調(diào)節(jié)幅度并與另一。路經(jīng)過“延時(shí)的輸入信號(hào)在耦合器3中疊加，使主頻信號(hào)完全抵消，只剩下反相的三階互調(diào)分量。三階互調(diào)分量經(jīng)輔助放大器A2放大后與經(jīng)F延時(shí)后的主功放輸出信號(hào)在耦合器4中疊加，抵消主功放的三階互調(diào)干擾，從而得到線性放大信號(hào)，文獻(xiàn)【6】應(yīng)用RF前饋技術(shù)使功放的三階互調(diào)由原來的20DB改善至45DB以上。4，3LINC法LINE線性化技術(shù)的基本思想是信號(hào)分量分離器將輸八信號(hào)分解成兩個(gè)幅度恒定已知且相等的分量，由于兩個(gè)分量幅度已知且相等，非線性功率放大器的幅度增益和相移也己知且相等，所以經(jīng)過非線性功率放大器的兩個(gè)分量只需要進(jìn)行必要的相移校正后合并就可以得到無失真信號(hào)。其原理框圖如下電子科技大學(xué)碩士論文第四章RF功率放大器的線性化技術(shù)非線性功信號(hào)分量分離IVI輸出I信號(hào)圖43LING線性化系統(tǒng)原理框圖設(shè)輸入信號(hào)為S0ATCOS2礬，廬F，我們令一。為輸入信號(hào)SF分解后兩個(gè)等幅矢量的幅度值，則經(jīng)過信號(hào)分離器的兩路信號(hào)量T芹EISR可以分別表示為S10A。COS2NFD廬OAF41S2FA。COS2NF。T礦O一AO42此時(shí)我們可以通過令A(yù)TARCCOSATA。而使STS1R4S2F2。從上面的分析可以看出，要從輸入信號(hào)中分離出亂T和屯F信號(hào)足比較困難的。LING技術(shù)對(duì)兩條路徑上信號(hào)幅度和相位的不平衡十分敏感，這種不平衡會(huì)使鄰道干擾增加，所以要求兩條路徑中的信號(hào)盡量一致，這要求兩個(gè)功率放大器支路要基本相同，這并不容易傲到，實(shí)現(xiàn)起來難度較大。本章介紹了以上幾種常用的線性化技術(shù)，下一章將介紹預(yù)失真線性化技術(shù)，該線性化技術(shù)線性性能較好J可以提供足夠的帶寬，效率高以及容易實(shí)現(xiàn)且成本低，是一種具有發(fā)展前途的線性化技術(shù)。19電子科技大學(xué)碩士論文第五章預(yù)失真線性化技術(shù)51介紹第五章預(yù)失真線性化技術(shù)預(yù)失真技術(shù)是概念上較簡(jiǎn)單的線性化技術(shù)。預(yù)失真是在信號(hào)放大之前對(duì)信號(hào)按照一一定的規(guī)律進(jìn)行“預(yù)先失真”，以便最終輸出信號(hào)中的失真分量盡可能地小，對(duì)功率放大器的線性化起到很好的效果。預(yù)失真技術(shù)在電路中就表現(xiàn)為增加了一個(gè)預(yù)失真器。這個(gè)預(yù)失真器的作用就是產(chǎn)生與原信號(hào)相對(duì)應(yīng)的失真信號(hào)。因?yàn)檫@種失真是在信號(hào)被放大之前，故稱之為“預(yù)失真信號(hào)”。預(yù)失真技術(shù)按預(yù)失真模塊在信號(hào)流程中的位置，可以分為RF射頻預(yù)失真、IF中頻預(yù)失真和基帶預(yù)失真。RF射頻預(yù)失真是對(duì)最終的射頻信號(hào)進(jìn)行糾正，射頻預(yù)失真一般采用模擬器件，電路位于需線性化的功放之前，處理的是小信號(hào)，對(duì)器件和電路要求不高，且容易實(shí)現(xiàn)，本文最后的設(shè)計(jì)選用方案的就屬于射頻預(yù)失真法；IF中頻預(yù)失真是發(fā)生在中頻上，這樣，可以把信號(hào)調(diào)制到不同頻率的載波上去；基帶預(yù)失真是對(duì)基帶輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真，這主要應(yīng)用了DSP技術(shù)，把預(yù)失真系數(shù)儲(chǔ)存于其中，同時(shí)還利用反饋來更新這些參數(shù)信息，以避免系統(tǒng)參數(shù)的漂移?；诒疚闹饕轻槍?duì)RF預(yù)失真器的研究，且IF和RF預(yù)失真技術(shù)在原理上非常類似，因此本章在第一節(jié)將主要討論RF預(yù)失真技術(shù)。在第二節(jié)中，將對(duì)基帶預(yù)失真作簡(jiǎn)要介紹。52RF預(yù)失真RF預(yù)失真的最基本優(yōu)點(diǎn)就是易于集成，并能同時(shí)線性化整個(gè)系統(tǒng)的全部帶寬，因此，它非常適用于寬帶多載波通信系統(tǒng)，如衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信的基站應(yīng)用。521基本原理圖51所示為預(yù)失真的工作原理圖。電子科技大學(xué)碩士論文第五章預(yù)失真線性化技術(shù)圖51預(yù)失真放大器的基本原理從傳遞函數(shù)的角度考慮，上圖模型中，PA為非線性放大器，PD為用于補(bǔ)償PA放大信號(hào)的校正網(wǎng)絡(luò)一預(yù)失真器。PD產(chǎn)生一個(gè)非線性失真信號(hào)，再輸入功率放大器PA，那么預(yù)失真的信號(hào)性質(zhì)可以部分抵消PA中產(chǎn)生的非線性失真。不難知道，因?yàn)镻A為非線性的，所以PD也是非線性的。假設(shè)放大器PA的傳遞函數(shù)為H。IH。，出扣塒協(xié)，如果總的傳遞函數(shù)HK為常數(shù)線性放大器，那么HHH日K51所以，HB2面I兩81“，即預(yù)失真器PD的傳遞函數(shù)口以上就是預(yù)失真法使得網(wǎng)絡(luò)線性化的思想。預(yù)失真功放的實(shí)現(xiàn)機(jī)理也可以由圖52所示，預(yù)失真器的作用就是對(duì)輸入信號(hào)產(chǎn)生個(gè)失真作用，該失真信號(hào)正好可以和射頻功率放大器產(chǎn)生的非線性失真互補(bǔ)，這樣就可以在輸出端得到放大但沒有失真的信號(hào)。Y弱豫攔皺嫩XZ匠坦圖52預(yù)失真線性功放的實(shí)現(xiàn)機(jī)理顯然，預(yù)失真技術(shù)的關(guān)鍵是得到預(yù)失真器的特性，然后用實(shí)際電路設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)此特性。目前最常用也是比較簡(jiǎn)單的射頻預(yù)失真網(wǎng)絡(luò)是消除功率放大器的三階互調(diào)分量。對(duì)于一個(gè)通信系統(tǒng)，三階互調(diào)分量是主要失真信號(hào)，如果把三階互調(diào)分量消除到同相鄰高次分量如五階互調(diào)相等或略低，就可以取得較好的線性化效果。下面我們主要介紹幾種常用的射頻預(yù)失真線性化器。電子科技大學(xué)碩士論文第五章預(yù)失真線性化技術(shù)522立方預(yù)失真器圖53立方預(yù)失真器的電路結(jié)構(gòu)圖53所示為立方預(yù)失真器的電路結(jié)構(gòu)。RF或IF輸入信號(hào)由定向耦合器分為兩個(gè)通道，即主通道和次通道。主通道包含一個(gè)時(shí)延，它主要是為了疊加時(shí)，能與次通道的信號(hào)同步。次通道中，輸入信號(hào)經(jīng)RF放大器A1放大后，信號(hào)又經(jīng)過可變移相器和可變衰減對(duì)其進(jìn)行相位和幅度的調(diào)整，再通過一個(gè)立方非線性函數(shù)發(fā)生器，產(chǎn)生三階失真信號(hào)。然后三階失真信號(hào)經(jīng)過射頻放大器A2放大后與主通道的原信號(hào)相加。因?yàn)榇瓮ǖ乐械腁L和A2都是小信號(hào)器件，所以它們引入的失真可以忽略不計(jì)。日前，立方預(yù)失真器以其簡(jiǎn)單、寬帶和易于集成等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的高功率通信系統(tǒng)中。由于預(yù)失真器與功率放大器的匹配問題，這種預(yù)失真器一般只能取得中等的線性化性能，因此它通常用于線性度要求不高的場(chǎng)合。523單個(gè)二極管預(yù)失真器最簡(jiǎn)單的預(yù)失真器就是串聯(lián)單個(gè)二極管來達(dá)到線性化功率放大器的目的。圖54就是一種單個(gè)二極管形式的預(yù)失真器，它可以應(yīng)用于寬帶的射頻或中頻系統(tǒng)中。圖54串聯(lián)二極管預(yù)失真器電子科技大學(xué)碩士論文第五章預(yù)失真線性化技術(shù)圖54所示的系統(tǒng)中預(yù)失真功能主要由一個(gè)肖特基二極管實(shí)現(xiàn)，然后又并聯(lián)一個(gè)電容C，這樣可以在低電壓偏置情況下取得正的幅度和負(fù)的相位。通過調(diào)節(jié)偏置電壓和并聯(lián)電容C，使預(yù)失真器的性能盡可能與功率放大器的非線性特性相匹配。這種形式的預(yù)失真器不會(huì)十分顯著的改善功率放大器的線性度，也不會(huì)對(duì)功率效率有很大的提高，但它是一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的方法。另一種方法是采用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)預(yù)失真功能，這種預(yù)失真系統(tǒng)包含了兩種技術(shù)，一是用變?nèi)荻O管來補(bǔ)償線性化功放的ALVLPM非線性特性。另外還采用二階諧波控制技術(shù)來補(bǔ)償功放的AMAM特性。同前面簡(jiǎn)單的串聯(lián)二極管技術(shù)相比，該技術(shù)具有插入損耗低等優(yōu)點(diǎn)。RFINMA一I圖55變?nèi)荻O管預(yù)失真器HRF嘶M圖55是該技術(shù)應(yīng)用于一個(gè)砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)GAASFET單管功率放大器的示例。變?nèi)荻O管作為GAASFET輸入端的容性補(bǔ)償，用來消除功率放大器的AMPM非線性特性。而功放的AMAM特性采用源二次諧波注入技術(shù)補(bǔ)償，這樣就完成了對(duì)整個(gè)功率放大器進(jìn)行了線性化。52，4基于場(chǎng)效應(yīng)管FET的預(yù)失真器基于場(chǎng)效應(yīng)管FET的預(yù)失真器有許多種結(jié)構(gòu)，圖56是一種傳輸模式的FET非線性電路，它可以作為預(yù)失真器中的非線性發(fā)生器使用。其偏置電壓可以調(diào)節(jié)非線性靈敏度，可變電容用來補(bǔ)償相位誤差，BALUN的作用是在FET的源和漏極中提取所需要的失真信號(hào)。電子科技大學(xué)碩士論文第五章預(yù)失真線性化技術(shù)圖56傳輸模式的FET非線性電路RFOULOUL圖57是反射模式的FET非線性電路。FET的一端接環(huán)行器，信號(hào)通過環(huán)行器進(jìn)入FET，失真后的信號(hào)經(jīng)過環(huán)行器輸出，通過這樣一種方法保持了FET非線性電路在一個(gè)較寬的頻帶內(nèi)同輸入和輸出電路匹配。偏置電壓的作用同樣是調(diào)節(jié)非線性的靈敏度，可變電阻用來調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的幅度和相位非線性程度。RFINPUT矗產(chǎn)OULL跳LT圖57采用環(huán)行器實(shí)現(xiàn)的反射模式FET菲線性電路在圖58所示的非線性電路中，F(xiàn)ET同樣是工作在反射模式下。同圖57不同，但該電路采用相移分配器來完成信號(hào)的處理，其基本工作原理同圖55所示的電路類似。圖中電阻R2用來調(diào)節(jié)輸出端無失真信號(hào)的強(qiáng)度，如果加入電抗元件，則可以調(diào)節(jié)相位。電子科技大學(xué)碩士論文第五章預(yù)失真線性化技術(shù)RFLUT圖58采用相移分配器實(shí)現(xiàn)的反射模式源一漏極非線性電路525基于二極管反向平行對(duì)的預(yù)失真器RFO啦PUL基于二極管反向平行對(duì)結(jié)構(gòu)的預(yù)失真器是一種比較常用預(yù)失真結(jié)構(gòu)。這種類型的預(yù)失真器主要如下四種形式，分別如圖59、510、5LL和512所刁IO在圖59和510中，預(yù)失真系統(tǒng)圍繞一個(gè)T形衰減器形成。該T形衰減器由電阻RLR3組成，完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和把失真厲的信號(hào)回注到主通路中的功能。預(yù)失真器中的非線性發(fā)生器有一對(duì)反向平行的二極管圖59所示或者管堆圖510所示組成。在理想情況下，如果二極管對(duì)性能完全匹配，則只產(chǎn)生三階互調(diào)分量，同輸入信號(hào)中的三階失真分量對(duì)消后，再嗵注到主通路中完成預(yù)失真功能。胄FPARFINPUT圖59二極管反向平行對(duì)預(yù)失真器RFOUTPUT電子科技大學(xué)碩士論文第五章預(yù)失真線性化技術(shù)RF跣圖510橋堆形式的二極管反向平行對(duì)預(yù)失真器因?yàn)橐粯O管D1一D4工作在高速的射頻頻段，因此需要用高速的肖特基二極管實(shí)現(xiàn)。如果需要系統(tǒng)在一定的范圍內(nèi)保持穩(wěn)定工作，必須附加溫度補(bǔ)償?shù)入娐贰２捎肨型衰減器作為輸入信號(hào)的采樣和回注雖然是一種比較簡(jiǎn)單的方法，也可以保持輸入和輸出50Q阻抗匹配，但會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的噪聲性能能產(chǎn)生一定的影響，功率效率也不高。弗細(xì)咐RF翻JL口UT圖511相移分配器形式的二極管反向平行對(duì)預(yù)失真器圖511所示預(yù)失真器示用180度相移分配器來完成信號(hào)的處理和匹配功能，同前面兩種結(jié)構(gòu)相比，這種方式有許多優(yōu)點(diǎn)。相移分配器零度通路上的線性阻抗可以用來消除二極管對(duì)所產(chǎn)生的線性分量，而并聯(lián)的電容可補(bǔ)償二極管對(duì)的電抗分量，彌補(bǔ)相位失真。采用相移分配器對(duì)還可以保持對(duì)輸入和輸出阻抗特性的很好匹配。電子科技大學(xué)碩士論文第五章預(yù)失真線性化技術(shù)圖5一12環(huán)行器形式的二極管反向平行對(duì)預(yù)失真器另一種形式的二極管反向平行對(duì)預(yù)失真系統(tǒng)如圖512所示，同上面采用的相移分配器不同，這種結(jié)構(gòu)中采用環(huán)行器來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的處理功能。下面以這種形式的電路為例，分析二極管反向平行作為菲線性發(fā)生器的基本原理。根據(jù)肖特基二極管的電路模型，通過二極管對(duì)的電流FR可以表示為雄IOEXPADF一EXPADVF】52用泰勒級(jí)數(shù)展開可得FO21“AAVTV5，】53如果只取三次項(xiàng)以下的近似形式，則二極管反向平行對(duì)的導(dǎo)納匕F可表示為羆觀帆譬V2糾5_4圖512中匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)就是使上式中的線性項(xiàng)210A。匹配成相移分配器的導(dǎo)納K，這樣式54可表示為KZROKAV2F5_5這里K是一個(gè)常數(shù)。因此理論上只有上式中的第二項(xiàng)所表示的信號(hào)才可能被反射并送到輸出端口，則反射系數(shù)可表示為F蘭KA3V2F輸出端口輸出的電壓可表示為VO。，RV。FZKA3DV3，5657電子科技大學(xué)碩士論文第五章預(yù)失真線性化技術(shù)上式意味著理論上只有三階分量才有可能輸出，而其他分量被抑制了這就是二極管反向平行對(duì)作為非線性三階失真發(fā)生器的基本工作原理。526諧波預(yù)失真器圖513基于二次諧波的預(yù)失真系統(tǒng)圖513為基于二次諧波的預(yù)失真器框圖。該技術(shù)是基于這樣一個(gè)事實(shí)，即在實(shí)際中，大部分RF放大器即使是在低功率情況下都會(huì)產(chǎn)生二次諧波失真。如圖513所示，用帶通濾波器可以很容易地把這種二次諧波成分選取出來在主通道中可用低通濾波器將其消去，然后適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)其增益和相位，在經(jīng)過放大后注入主通道中。由于的主功放的二次非線性作用于基波和注入主通道的二次諧波，從而產(chǎn)生三階失真成分。如果適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)二次諧波的增益和相位，可以使得其產(chǎn)生的三階失真成分與功放自身非線性產(chǎn)生的三階失真成分相位相反，從而改善功放的三階非線性失真。諧波預(yù)失真法具有不衰減功放輸出功率的優(yōu)點(diǎn)，但預(yù)失真插入損耗較高。53基帶預(yù)失真基帶預(yù)失真技術(shù)是指在通信系統(tǒng)的基帶完成信號(hào)預(yù)失真，達(dá)到線性化功率放大器的一種技術(shù)。由于基帶信號(hào)的頻率較低，一般轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，因此這種技術(shù)也稱為自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真技術(shù)。從原理上講，基帶預(yù)失真技術(shù)也是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真，以達(dá)到線性化功率放大器的目的。但基帶預(yù)失真一般在數(shù)字域內(nèi)完成輸入信號(hào)的預(yù)失真處理，這是同上一節(jié)介紹的采用模擬器件實(shí)現(xiàn)預(yù)失真技術(shù)的本質(zhì)區(qū)別。利用查找表技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基帶預(yù)失真系統(tǒng)具有功耗小、結(jié)構(gòu)靈活和易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，電子科技大學(xué)碩士論文第五章預(yù)失真線性化技術(shù)己逐步成為基帶預(yù)失真系統(tǒng)的一種主要發(fā)展方向，其原理圖如下。奇矩吲盞卜言號(hào)V；網(wǎng)I真器廣憫L一J凰圖514自適應(yīng)基帶預(yù)失真系統(tǒng)框圖從上圖可以看出，輸入信號(hào)圪被分成三個(gè)部分，一部分經(jīng)過預(yù)失真器的處理后得到信號(hào)N，經(jīng)過DA變換，濾波，上變頻調(diào)制，再經(jīng)過放大器后就形成線性放大輸出信號(hào)E并發(fā)射出去；一部分進(jìn)行地址計(jì)算后輸入查找表得到相應(yīng)的信號(hào)修正量提供給預(yù)失真器；另一部分信號(hào)與功率放大器回饋的經(jīng)過下變頻解調(diào)，濾波，AD變換的回饋信號(hào)Y，通過自適應(yīng)算法計(jì)算用來調(diào)整查找表的內(nèi)容。其中的預(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)容來控制輸入信號(hào)的幅度和相位，預(yù)失真的大小由查找表LUT的輸入來控制。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)通過功放的輸出信號(hào)幅度相等而相位相反，即自適應(yīng)算法模塊就是要調(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。圖514中的虛線框中的部分是基帶預(yù)失真技術(shù)的核心部分，可以利用DSP實(shí)現(xiàn)。近年來，隨著高速數(shù)字信號(hào)處理器件DSP的飛速發(fā)展，該技術(shù)正越來越受到學(xué)者的關(guān)注。5，4本章小結(jié)本章首先介紹了預(yù)失真線性化技術(shù)的概念、原理及其分類，著重分析了射頻預(yù)失真的基本原理，并介紹了幾種典型的射頻預(yù)失真器的實(shí)現(xiàn)方法和結(jié)構(gòu)，最后簡(jiǎn)單的了解了基帶預(yù)失真原理以及典型的基帶預(yù)失真方法和結(jié)構(gòu)。電子科技大學(xué)碩士論文第六章電路設(shè)計(jì)軟件ADS簡(jiǎn)介第六章電路設(shè)計(jì)軟件ADS簡(jiǎn)介ADS即HPADVANCEDDESIGNSYSTEM簡(jiǎn)稱。它是AGILENTTECHNOLIGYIES公司推出的一套電路自動(dòng)設(shè)計(jì)軟件。AGILENTTECHNOLIGYIES公司把已有產(chǎn)品HPMDSMICROWAVEDESIGNSYSTEM和HPEESOFWELECTRONICENGINEERINGSOFTWARE兩者的精華有機(jī)地結(jié)合起來，并增加了許多新的功能，構(gòu)成了功能強(qiáng)大的ADS軟件。通信系統(tǒng)框圖MMIO砥ICD礬A圖61現(xiàn)代通信系統(tǒng)組成框圖如圖61所示，ADS可應(yīng)用于整個(gè)現(xiàn)代通信系統(tǒng)及其子系統(tǒng)，能對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行快速、便捷、有效的設(shè)計(jì)和仿真。這是以往任何自動(dòng)設(shè)計(jì)軟件都不能夠的。所以，ADS推出時(shí)間不久就被廣大電子工程技術(shù)人員接受，應(yīng)用也十分廣泛。61ADS的特點(diǎn)與以前產(chǎn)品MDS、EESOF的已有功能相比，ADS增強(qiáng)了部分已有功能，比如功能部件表示FEATURE、仿真技術(shù)；比如分層設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)集成等。另外，ADS還把原有功能進(jìn)行推廣。例如，包絡(luò)仿真ENVELOPSIMULATION在MDS支持的，但在EESOFW就沒有該功能。ADS即按集大成的原則，支持包絡(luò)仿真。ADS還支持DSP、對(duì)平面電磁場(chǎng)的動(dòng)量仿真HPMOMENTUMFORPLANNARELECTROMAGNETICSIMULATION，以及時(shí)域的SPICE和卷積碼仿真。電子科技大學(xué)碩士論文第六章電路設(shè)計(jì)軟件ADS簡(jiǎn)介在操作便利性方面，ADS靈活使用了窗口技術(shù)。工具欄、快捷鍵、模板以及菜單等使人機(jī)界面更美觀、方便。另外，ADS還使用了器件圖例、庫瀏覽以及即時(shí)瀏覽各分層器件的實(shí)際電路等功能。ADS提供了多種獲得幫助文件的途徑用戶手冊(cè)自帶設(shè)計(jì)舉例各種模板因特網(wǎng)等等，用戶可以獲得詳細(xì)的、最新的幫助文件。62ADS內(nèi)容前面已述，ADS功能非常強(qiáng)大，對(duì)整個(gè)現(xiàn)代通信系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真提供支持。它的應(yīng)用場(chǎng)合主要包括以下方面射頻和微波電路的設(shè)計(jì)包括RFIC、RFBOARDDSP設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)向量仿真每個(gè)設(shè)計(jì)本身又包括以下幾個(gè)內(nèi)容繪制原理圖系統(tǒng)仿真布局圖PSPIEE原理圖因?yàn)锳DS主要是對(duì)MDS和EESOFIV的繼承和發(fā)展，所以ADS在RFMIEROWAVE方面的應(yīng)用非常有效和成熟。下面結(jié)合設(shè)計(jì)中的一些問題，主要說明下ADS對(duì)RFMICROWAVE設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。621繪制原理圖RFMICROWAVE設(shè)計(jì)中的庫文件基本包含了幾乎所有的實(shí)用器件的模型，只需設(shè)置參數(shù)即可。此外，它還有相當(dāng)一部分器件是有關(guān)公司提供的模型，在庫中可以直接使用。利用這些器件可以繪制原理圖，器件參數(shù)可以電子科技大學(xué)碩士論文第六章電路設(shè)計(jì)軟件ADS簡(jiǎn)介隨時(shí)編輯和修改。圖62所示為立方預(yù)失真線性化器的原理圖。圖62立方預(yù)失真線性化器的原理圖622系統(tǒng)仿真為了了解所設(shè)計(jì)放大器的特性，需要利用一定的仿真環(huán)境對(duì)它進(jìn)行仿真。ADS支持的仿真環(huán)境有多種DC直流、AC交流、LSSP大信號(hào)輸入、XDP增益壓縮、ENVELOP包絡(luò)、TRANSIENT瞬態(tài)、INSTRUMENT儀器、HB諧波、S參數(shù)等仿真環(huán)境?？诳趨T壺藏習(xí)團(tuán)，圖63對(duì)立方預(yù)失真線性化器的IB仿真圖N亨氍。嘉一裂P、叮匿電子科技大學(xué)碩士論文第六章電路設(shè)計(jì)軟件ADS簡(jiǎn)介圖63為前饋放大器的諧波分析仿真HBSIMULATION。圖64所示為用HB仿真法得到的前饋放大器性能。仿真時(shí)設(shè)定的雙音信號(hào)分別為F84999MHZ，85001MHZ，頻帶寬度為O02MHZ、輸入功率13DBM、諧波分析級(jí)數(shù)設(shè)置為7階。點(diǎn)擊“SIMULATION”，對(duì)圖63所示電路進(jìn)行仿真，得到仿真結(jié)果，如圖64所示。圖中給出了輸出基頻、三階互調(diào)產(chǎn)物、五階互調(diào)產(chǎn)物的結(jié)果。根據(jù)這個(gè)互調(diào)產(chǎn)物以及輸出功率的大小調(diào)整參數(shù)。調(diào)整參數(shù)可以采用逐次調(diào)試的方式，也可以用“優(yōu)化”的方法。EMM哪MI船623布局圖圖64HB仿真結(jié)果顯示JN辨T悖JNOM柵甜橢翔HI4ADS自身具有對(duì)電路布局的功能。圖65為繪制一放大器的布局圖。部分實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明，ADS設(shè)計(jì)電路和仿真結(jié)果與實(shí)際情況相當(dāng)吻合，尤其在無源系統(tǒng)。電子科技大學(xué)碩士論文第六章電路設(shè)計(jì)軟件ADS簡(jiǎn)介圖65布局圖電子科技大學(xué)碩士論文第七章預(yù)失真線性化器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)第七章預(yù)失真線性化囂的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)前面我們已經(jīng)分析了放大器的非線性，它包括AMTOAM轉(zhuǎn)換、AMTOPM轉(zhuǎn)換、諧波失真、互調(diào)失真等。本論文的主要任務(wù)是尋找一種簡(jiǎn)單、可行的預(yù)失真線性化技術(shù)，來改善一個(gè)現(xiàn)成的26GHZ3W348DBM功率放大器的線性指標(biāo)。主要指標(biāo)要求中心頻率2600MHZ帶寬8MHZ輸出功率3W互調(diào)失真改善優(yōu)于18DB71非線性分析711復(fù)冪級(jí)數(shù)的表示法對(duì)微波器件，一個(gè)己知的非線性模型，【29】中用同相正交非線性表達(dá)了壓EOO表示如下。，4尹，9一V。震。F砉J。E,TVTJE,“TVT一E，一T，這種變換與一個(gè)和QNF相比較具有同樣幅度，但有90度相位延遲的信電子科技大學(xué)碩士論文第七章預(yù)失真線性化器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)圖71非線性模型與71式等效的一個(gè)非線性模型如圖71所示，從這個(gè)模型中看出，復(fù)冪級(jí)數(shù)表示法的特點(diǎn)是，在展式的每項(xiàng)添加了一個(gè)相移項(xiàng)，這個(gè)相移與展式的階數(shù)N有關(guān)，但與輸入信號(hào)電平無關(guān)。712AMAM和AMPM轉(zhuǎn)換放大器被一個(gè)單信號(hào)激勵(lì)時(shí)EIFACOSOOF72這里，A是峰值電壓，那么角頻率為出。的輸出基波信號(hào)為E。O，爿。AR。，百3口2焉I言N4罷IEXPT，O一R，蛔C，一。，彳。NR0COS氈BF一F伊074這里R”吾口2魯C。S以殺A4等2言。4魯C。S九摯COS慨一九川75妒0TAN。3A2R3，SIN丸科孫N九，J3A2LR剖3COS九洲和咄“76電子科技大學(xué)碩士論文第七章預(yù)失真線性化器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)乃程75和76分別代表AMAM和AMPM轉(zhuǎn)換，結(jié)果，如果高于A4的項(xiàng)被忽略，75中的墮可被76代替，這樣，得到了RAAL，和PA之間唯一的個(gè)聯(lián)系，也就是AMAM和AMPM轉(zhuǎn)換間的聯(lián)系妒ATANIR2ALTAN礦3一77從77式可見，AMAM轉(zhuǎn)換RA通過三階失真相位丸唯地聯(lián)系起來，該相位與信號(hào)功率和頻率都無關(guān)。UNERCOM，蛐帕TEUTPMDNL圖72AMAM和AMPM轉(zhuǎn)換的矢量圖這個(gè)關(guān)系用一矢量圖表示如圖72所示，矢量或代表三階失真分量，相對(duì)于代表線性分量的或有一個(gè)相位差九，這里丸與輸入信號(hào)幅度無關(guān)。另一方面，巧的幅度與輸入信號(hào)幅度的3次方成比例。結(jié)果反取給出的輸出信號(hào)圪，表示了當(dāng)輸入信號(hào)幅度增加時(shí)，在幅度上的壓縮和相位上的延遲特性。這些現(xiàn)象就是創(chuàng)AM和AMPM轉(zhuǎn)換。當(dāng)同時(shí)放大一定數(shù)量不同頻率的載波時(shí)，放大器產(chǎn)生IM矢量，結(jié)果引起附加輻射。輸入輸出特性在從飽和電平回退5或6DB的更大范圍內(nèi)，可通過三階表達(dá)式來估計(jì)。在這種情況下，多頻響應(yīng)的輸出失真分量可根據(jù)它們的頻率劃分三類；與輸入信號(hào)有同樣頻率的一類，另一類是與雙音合成一致的頻率，還有就是和三音合成一致的一類。這三類中的每個(gè)分量的幅度用71式中的三階近似來得到。同樣幅度的雙音響應(yīng)的輸出信號(hào)可由下式給出電子科技大學(xué)碩士論文第七章預(yù)失真線性化器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)OZ爿，ACOS011COSOFF了R3A3【9C。S如F丸3COSL20】一珊2，丸3COS202一COL，九78這里，兩個(gè)輸入信號(hào)是ACOQ，和ACOS02F，每個(gè)IM3失真分量的幅度與復(fù)冪級(jí)數(shù)的三階系數(shù)的幅度成比例，另外，這個(gè)幅度與失真相角么無關(guān)。所以，直接消除復(fù)冪級(jí)數(shù)的三階系數(shù)很重要，而不分別處理AMAM和AMPM的非線性。這必須依靠完全的補(bǔ)償技術(shù)減少IM3失真的方法才能實(shí)現(xiàn)。72預(yù)失真線性化器原理本文所選擇的方案就是依靠完全的補(bǔ)償技術(shù)減少IM3失真的方法，它與前面所介紹的幾種預(yù)失真線性化器不同，它是基于2階低頻互調(diào)干擾信號(hào)的一種預(yù)失真線性化器，該法利用非線性放大器的2階低頻互調(diào)干擾信號(hào)，通過混頻產(chǎn)生3階互調(diào)干擾信號(hào)，并且能夠獨(dú)立地控制3階互調(diào)干擾信號(hào)的幅度和相位，從而可以使功率放大器的非線性得到很好的補(bǔ)償。在本論文中給出了設(shè)計(jì)電路和仿真曲線，同時(shí)也給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。下面將給予詳細(xì)介紹。721工作原理1二階低頻互調(diào)信號(hào)的產(chǎn)生非線性放大器的傳遞函數(shù)可表示為EOKLE，K2E，2K3E；79當(dāng)輸入信號(hào)B，由兩個(gè)等幅不同頻率，01DF時(shí)712電子科技大學(xué)碩士論文第七章預(yù)失真線性化器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)0ICOL一；當(dāng)Q時(shí)711滿足79的變換稱之為上混頻，滿足7一LO