射頻功率放大器線性化技術(shù)研究

伍進(jìn)進(jìn)，程浩然

（武漢濱湖電子有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430205）

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射頻功率放大器線性化技術(shù)研究

伍進(jìn)進(jìn)，程浩然

（武漢濱湖電子有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430205）

摘 要：在當(dāng)今社會(huì)，隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，人們開(kāi)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(shù)等，都開(kāi)始得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但是，經(jīng)過(guò)非線性射頻功率放大的包絡(luò)變化調(diào)制信號(hào)，時(shí)常會(huì)產(chǎn)生互調(diào)失真的情況，會(huì)引發(fā)較為嚴(yán)重的臨近信道干擾以及碼間干擾等問(wèn)題。對(duì)此，在對(duì)射頻功率放大器進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注重采用線性化技術(shù)，以確保良好的通信質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：射頻功率放大器；線性化技術(shù)；通信質(zhì)量

在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展當(dāng)中，需要為用戶提供多樣化、大容量、高速率的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。而在當(dāng)今社會(huì)中，隨著智能移動(dòng)終端的普及，寬帶通信業(yè)務(wù)、無(wú)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(lái)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(shù)的頻譜利用率，因而在無(wú)線通信系統(tǒng)中，開(kāi)始應(yīng)用QPSK，QAM等線性調(diào)制技術(shù)。不過(guò)，在這些技術(shù)中，具有峰平比高、頻帶寬、非恒定包絡(luò)等特點(diǎn)，因而在經(jīng)過(guò)射頻功率放大器時(shí)，容易發(fā)生信號(hào)失真。

1　射頻功率放大器

在無(wú)線發(fā)射機(jī)當(dāng)中，射頻功率放大器是一個(gè)十分重要的部分。在發(fā)射機(jī)的前級(jí)電路中，調(diào)至振蕩電路只會(huì)產(chǎn)生很小功率的射頻信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)一系列的方法才能夠產(chǎn)生足夠的射頻功率，并通過(guò)天線進(jìn)行發(fā)射，同時(shí)還要確保避免對(duì)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(jìn)行分類。其中主要的性能指標(biāo)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(yīng)當(dāng)是線性的，并且具有固定群時(shí)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(huì)與線性有所偏離，稱為非線性失真。在射頻功率放大器當(dāng)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(yùn)行過(guò)程中，總是處于大信號(hào)的狀態(tài)下，因而會(huì)發(fā)生十分嚴(yán)重的非線性失真。在忽略記憶效應(yīng)的情況下，對(duì)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(luò)分析儀對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，從而對(duì)非線性功效進(jìn)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(huì)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(yīng)當(dāng)對(duì)非線性射頻功率放大器進(jìn)行應(yīng)用。但是，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，其會(huì)導(dǎo)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(huì)對(duì)有用信號(hào)進(jìn)行干擾，同時(shí)改變放大信號(hào)頻譜。在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，射頻功率放大器的AM-PM，AM-AM變換失真，很大程度上會(huì)影響正常的數(shù)字信號(hào)。如果將π/4-DQPSK信號(hào)進(jìn)行輸入，輸入信號(hào)星座圖虛實(shí)部會(huì)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(huì)再生頻譜并對(duì)鄰道信號(hào)產(chǎn)生干擾，使誤碼率惡化。所以，對(duì)于射頻功率放大器來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)通過(guò)對(duì)線性化技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)其線性度進(jìn)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(shù)

3.1 EER法

EER法是射頻功率放大器線性化技術(shù)中一種較為有效的技術(shù)，經(jīng)過(guò)限幅器、包絡(luò)檢測(cè)器，中頻輸入信號(hào)能夠產(chǎn)生相應(yīng)相位形式、幅度的輸入信號(hào)。在經(jīng)過(guò)混頻器變頻之后，恒包絡(luò)的輸入信號(hào)會(huì)形成射頻信號(hào)，送入非線性射頻功放輸出。在經(jīng)過(guò)分離之后，能夠?qū)χ蓄l包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行獲取，并用其調(diào)制共計(jì)電壓信號(hào)，對(duì)相應(yīng)的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行獲取，從而對(duì)射頻功率放大器進(jìn)行控制。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于電源調(diào)制通路信號(hào)、載頻通路信號(hào)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(guò)前饋的概念，但直到1960年，才在電路工作領(lǐng)域得到應(yīng)用［3］。作為一種開(kāi)環(huán)電路，隨著時(shí)間的變化，前饋所有的器件特性無(wú)法得到補(bǔ)償。在頻帶中，應(yīng)限制很小分貝的電路元件轉(zhuǎn)移特性。另外，需要對(duì)第二個(gè)輔助放大器進(jìn)行應(yīng)用，因而具有較高的技術(shù)難度和復(fù)雜度。但另一方面，前饋法能夠?qū)Ψ啪€性進(jìn)行有效的改善，對(duì)于器件的增益帶寬，并不會(huì)產(chǎn)生影響。在統(tǒng)稱應(yīng)用中，前饋功率放大器包含延時(shí)單元、減法器、耦合器、誤差放大器、功率放大器等部分。在實(shí)際應(yīng)用中，前饋放大器的抵消性能會(huì)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(duì)其進(jìn)行精確地控制，才能取得更好的效果。同時(shí)，可以在其中加入控制電路和抽樣電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)環(huán)路的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而取得更好的射頻功率放大效果。

3.3 反饋法

對(duì)于射頻放大器失真情況來(lái)說(shuō)，可采用反饋技術(shù)進(jìn)行處理。在反饋技術(shù)中，具有十分簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)，在低頻電子技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)中，能夠有效地抵消失真情況［4］。在反饋法的實(shí)際應(yīng)用中，能夠?qū)ι漕l功率放大器輸出的非線性失真信號(hào)加以利用，從而對(duì)射頻功率放大器自身的非線性進(jìn)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(hào)輸出穩(wěn)定性等方面的指標(biāo)。不過(guò)，對(duì)于射頻功率放大器的增益效果來(lái)說(shuō)，反饋法會(huì)產(chǎn)生一定的限制。在實(shí)際電路中，對(duì)于高頻段寬頻帶中的反饋網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，輸入信號(hào)、反饋信號(hào)反相，難以有效控制相移，因此，通常只會(huì)在低頻的環(huán)境中對(duì)反饋法進(jìn)行應(yīng)用。

3.4 預(yù)失真法

在射頻功放前，對(duì)預(yù)失真器進(jìn)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(duì)射頻功率放大器的非線性進(jìn)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(yù)失真線性化法。該技術(shù)具有很多方面的優(yōu)勢(shì)，例如造價(jià)低、效率高、調(diào)整方便、電路簡(jiǎn)單等［5］。預(yù)失真線性化技術(shù)有兩種方法，分別是數(shù)字預(yù)失真、射頻預(yù)失真。其中，數(shù)字預(yù)失真技術(shù)對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的軟硬件進(jìn)行了應(yīng)用，其預(yù)失真處理主要是在基帶信號(hào)頻譜當(dāng)中進(jìn)行的。對(duì)于收集、基站等功放的設(shè)計(jì)，具有較高的適用程度。在數(shù)字預(yù)失真器當(dāng)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(hào)之間，對(duì)非線性發(fā)生器進(jìn)行插入，從而對(duì)其幅值、相位等進(jìn)行控制。對(duì)于射頻功放的互調(diào)失真，能夠進(jìn)行有效的刪除。不過(guò)，如果工作環(huán)境、工作條件發(fā)生改變，信號(hào)預(yù)失真的相位、幅度也會(huì)產(chǎn)生改變。為了確保良好的線性效果，應(yīng)實(shí)現(xiàn)其自適應(yīng)控制。

4　結(jié)語(yǔ)

當(dāng)今社會(huì)，無(wú)線通信技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。隨著人們生活水平的提升，智能移動(dòng)終端的保有量越來(lái)越多，對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信的業(yè)務(wù)要求也越來(lái)越高。射頻功率放大器作為無(wú)線通信系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分，在實(shí)際應(yīng)用中，可能會(huì)發(fā)生失真的情況，影響通信質(zhì)量。對(duì)此，應(yīng)當(dāng)采取有效的線性化技術(shù)，確保射頻功率放大器更好地發(fā)揮作用。

［參考文獻(xiàn)］

［1］劉宗明，談熙，閔昊.無(wú)線射頻通信中改進(jìn)式功放數(shù)字預(yù)失真技術(shù)［J］.復(fù)旦學(xué)報(bào)：自然科學(xué)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(yù)失真器的設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（21）：70-72，75.

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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(jiǎn)介：伍進(jìn)進(jìn)（1988-），男，湖北鐘祥，本科，工程師；研究方向：雷達(dá)發(fā)射和接收系統(tǒng)。