射頻功率放大器線性化技術研究

伍進進，程浩然

（武漢濱湖電子有限責任公司，湖北 武漢 430205）

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射頻功率放大器線性化技術研究

伍進進，程浩然

（武漢濱湖電子有限責任公司，湖北 武漢 430205）

摘 要：在當今社會，隨著無線通信技術的發(fā)展和應用，人們開始追求高功率效率和高頻譜利用率。基于此，高效射頻功率放大器、線性調(diào)制技術等，都開始得到越來越廣泛的應用。但是，經(jīng)過非線性射頻功率放大的包絡變化調(diào)制信號，時常會產(chǎn)生互調(diào)失真的情況，會引發(fā)較為嚴重的臨近信道干擾以及碼間干擾等問題。對此，在對射頻功率放大器進行應用的過程中，應當注重采用線性化技術，以確保良好的通信質(zhì)量。

關鍵詞：射頻功率放大器；線性化技術；通信質(zhì)量

在移動通信網(wǎng)絡的發(fā)展當中，需要為用戶提供多樣化、大容量、高速率的網(wǎng)絡服務。而在當今社會中，隨著智能移動終端的普及，寬帶通信業(yè)務、無線用戶數(shù)量等，都呈幾何倍數(shù)增加，因而通信頻段的擁擠程度越來越高。為了將更多通信信道融入有限的頻譜范圍中，需要提升傳輸技術的頻譜利用率，因而在無線通信系統(tǒng)中，開始應用QPSK，QAM等線性調(diào)制技術。不過，在這些技術中，具有峰平比高、頻帶寬、非恒定包絡等特點，因而在經(jīng)過射頻功率放大器時，容易發(fā)生信號失真。

1　射頻功率放大器

在無線發(fā)射機當中，射頻功率放大器是一個十分重要的部分。在發(fā)射機的前級電路中，調(diào)至振蕩電路只會產(chǎn)生很小功率的射頻信號，需要經(jīng)過一系列的方法才能夠產(chǎn)生足夠的射頻功率，并通過天線進行發(fā)射，同時還要確保避免對相鄰信道通信產(chǎn)生干擾［1］。在射頻功率放大器中，可根據(jù)不同的輸出效率、功率等進行分類。其中主要的性能指標包括工作頻帶、增益、輸出功率、效率、三階互調(diào)系數(shù)、雜散輸出和噪音等。

2　非線性失真現(xiàn)象

在理想狀態(tài)下，射頻功率放大器應當是線性的，并且具有固定群時延和固定放大倍數(shù)。如果是非線性的系統(tǒng)，在放大頻率較大的情況下，將會與線性有所偏離，稱為非線性失真。在射頻功率放大器當中，這種非線性失真的情況是較為普遍的，主要包含了互調(diào)失真、諧波失真等情況。在功率放大器的運行過程中，總是處于大信號的狀態(tài)下，因而會發(fā)生十分嚴重的非線性失真。在忽略記憶效應的情況下，對于AM-PM，AM-AM等射頻功率放大器的非線性特性，采用矢量網(wǎng)絡分析儀對其進行測量，從而對非線性功效進行描述。射頻功率放大器通常具有非線性放大、線性放大等不同的工作狀態(tài)。其中，射頻功率放大器如果處在非線性放大的工作狀態(tài)，其效率將會很高［2］。

如果處于線性放大工作狀體下，只能夠發(fā)揮出一般左右的效率。所以，為了取得較高的效率，應當對非線性射頻功率放大器進行應用。但是，在實際應用當中，其會導致五階互調(diào)分量、三階互調(diào)分量等新的頻率分量產(chǎn)生，因而會對有用信號進行干擾，同時改變放大信號頻譜。在無線通信網(wǎng)絡當中，射頻功率放大器的AM-PM，AM-AM變換失真，很大程度上會影響正常的數(shù)字信號。如果將π/4-DQPSK信號進行輸入，輸入信號星座圖虛實部會在放大器非線性失真的影響下發(fā)生變異，從而使誤差加性噪聲容限下降，會再生頻譜并對鄰道信號產(chǎn)生干擾，使誤碼率惡化。所以，對于射頻功率放大器來說，應當通過對線性化技術的應用，對其線性度進行改善，從而確保良好的通信質(zhì)量。

3　射頻功率放大器線性化技術

3.1 EER法

EER法是射頻功率放大器線性化技術中一種較為有效的技術，經(jīng)過限幅器、包絡檢測器，中頻輸入信號能夠產(chǎn)生相應相位形式、幅度的輸入信號。在經(jīng)過混頻器變頻之后，恒包絡的輸入信號會形成射頻信號，送入非線性射頻功放輸出。在經(jīng)過分離之后，能夠?qū)χ蓄l包絡信號進行獲取，并用其調(diào)制共計電壓信號，對相應的調(diào)制信號進行獲取，從而對射頻功率放大器進行控制。在實際應用中，對于電源調(diào)制通路信號、載頻通路信號之間的相位差，EER具有較高的敏感性。

3.2 前饋法

早在1929年，就曾提出過前饋的概念，但直到1960年，才在電路工作領域得到應用［3］。作為一種開環(huán)電路，隨著時間的變化，前饋所有的器件特性無法得到補償。在頻帶中，應限制很小分貝的電路元件轉(zhuǎn)移特性。另外，需要對第二個輔助放大器進行應用，因而具有較高的技術難度和復雜度。但另一方面，前饋法能夠?qū)Ψ啪€性進行有效的改善，對于器件的增益帶寬，并不會產(chǎn)生影響。在統(tǒng)稱應用中，前饋功率放大器包含延時單元、減法器、耦合器、誤差放大器、功率放大器等部分。在實際應用中，前饋放大器的抵消性能會受到線性環(huán)中參與抵消的幅度影響，造成相位失衡。因此，只有對其進行精確地控制，才能取得更好的效果。同時，可以在其中加入控制電路和抽樣電路，實現(xiàn)對系統(tǒng)環(huán)路的實時監(jiān)控，從而取得更好的射頻功率放大效果。

3.3 反饋法

對于射頻放大器失真情況來說，可采用反饋技術進行處理。在反饋技術中，具有十分簡單的電路結(jié)構(gòu)，在低頻電子技術領域當中，能夠有效地抵消失真情況［4］。在反饋法的實際應用中，能夠?qū)ι漕l功率放大器輸出的非線性失真信號加以利用，從而對射頻功率放大器自身的非線性進行一部分的抵消，能夠十分有效的提升通頻帶、非線性失真、增益穩(wěn)定性、信號輸出穩(wěn)定性等方面的指標。不過，對于射頻功率放大器的增益效果來說，反饋法會產(chǎn)生一定的限制。在實際電路中，對于高頻段寬頻帶中的反饋網(wǎng)絡來說，輸入信號、反饋信號反相，難以有效控制相移，因此，通常只會在低頻的環(huán)境中對反饋法進行應用。

3.4 預失真法

在射頻功放前，對預失真器進行加入，從而使射頻功放的非線性特性和輸入功放的非線性特性相反，對射頻功率放大器的非線性進行有效的抵消，從而讓射頻功率放大器能夠呈現(xiàn)出線性特性，這就是預失真線性化法。該技術具有很多方面的優(yōu)勢，例如造價低、效率高、調(diào)整方便、電路簡單等［5］。預失真線性化技術有兩種方法，分別是數(shù)字預失真、射頻預失真。其中，數(shù)字預失真技術對數(shù)字信號處理的軟硬件進行了應用，其預失真處理主要是在基帶信號頻譜當中進行的。對于收集、基站等功放的設計，具有較高的適用程度。在數(shù)字預失真器當中，主要包括了增益調(diào)節(jié)器等部分。在功放、輸入射頻信號之間，對非線性發(fā)生器進行插入，從而對其幅值、相位等進行控制。對于射頻功放的互調(diào)失真，能夠進行有效的刪除。不過，如果工作環(huán)境、工作條件發(fā)生改變，信號預失真的相位、幅度也會產(chǎn)生改變。為了確保良好的線性效果，應實現(xiàn)其自適應控制。

4　結(jié)語

當今社會，無線通信技術得到了越來越廣泛的應用。隨著人們生活水平的提升，智能移動終端的保有量越來越多，對于無線網(wǎng)絡通信的業(yè)務要求也越來越高。射頻功率放大器作為無線通信系統(tǒng)中一個重要的組成部分，在實際應用中，可能會發(fā)生失真的情況，影響通信質(zhì)量。對此，應當采取有效的線性化技術，確保射頻功率放大器更好地發(fā)揮作用。

［參考文獻］

［1］劉宗明，談熙，閔昊.無線射頻通信中改進式功放數(shù)字預失真技術［J］.復旦學報：自然科學版，2010（1）：126-131.

［2］段淇，葉建芳，葉建威.一種用于射頻功率放大器的新型預失真器的設計［J］.現(xiàn)代電子技術，2010（21）：70-72，75.

［3］陳良月，俞漢揚，李昕，等.一種自適應線性化偏置的單片集成功率放大器［J］.微電子學，2012（2）：141-145.

［4］胡欣，王剛，王自成，等.射頻預失真器與基帶預失真算法結(jié)合對行波管功率放大器線性化改善的影響［J］.通信學報，2012（7）：158-163.

［5］梁聰，滑育楠，胡善文，等.一種帶功率檢測和自適應偏置的CDMA功率放大器［J］.固體電子學研究與進展，2011（1）：81-84，89.

Research on Amplifier Linearization Technique

Wu Jinjin，Cheng Haoran
（Binhu Wuhan Electronic Co.，Ltd.，Wuhan 430205，China）

Abstract:In today’s society，with the development and application of wireless communication technology，people began to pursue the high power efficiency and high frequency spectrum utilization. Based on this，high efficiency RF power amplifier and linear modulation technology are beginning to get more and more widely used. However，the envelope modulated signal changed by the nonlinear RF power amplifier often produce inter modulation distortion，which will lead to more serious adjacent channel interference and inter symbol interference. In this regard，in the process of application of RF power amplifier，we should focus on the use of linearization techniques to ensure good communication quality.

Key words:radio frequency power amplifier；linearization technology；communication quality

作者簡介：伍進進（1988-），男，湖北鐘祥，本科，工程師；研究方向：雷達發(fā)射和接收系統(tǒng)。