射頻功率放大器線性化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀.doc

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1、射頻功率放大器線性化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的研究1.引言1.1論文背景在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)之中，射頻前端部件對于系統(tǒng)的影響起到了至關(guān)重要的作用。隨著科技的進(jìn)步，射頻前端元件如低噪聲放大器（LNA）、混頻器（Mixer）、功率放大器（PA）等都已經(jīng)集成到一塊收發(fā)器之中，但其中對性能影響最大是功率放大器。功率放大器是一種將電源所提供的能量提供給交流信號的器件，使得無線信號可以有效地發(fā)射出去。根據(jù)功率放大器的分析模型（泰勒級數(shù)模型），可知到當(dāng)輸入信號的幅度很小的時(shí)候，對于功率放大器的非線性特性影響較小。但當(dāng)輸入信號的幅度比較大的時(shí)候，就會對功率放大器的非線性度產(chǎn)生很大的影響，所以說對功率放大器的

2、非線性性能產(chǎn)生影響的關(guān)鍵因素就是輸入信號幅度的增強(qiáng)并且不斷地變化。隨著無線用戶數(shù)量人數(shù)的不斷增加，有限的通信頻段變得越來越擁擠。為了提高頻譜的利用效率，線性化調(diào)制技術(shù)技術(shù)譬如正交幅度調(diào)制（QAM）、正交相位鍵控（QPSK）、正交頻分復(fù)用（OFDM）就在現(xiàn)代的無線通信之中就被廣泛的應(yīng)用，因?yàn)檫@幾種技術(shù)的頻譜利用率更高。但是這些線性化調(diào)制技術(shù)都是包絡(luò)調(diào)制信號，這就必然會引入非線性失真的問題。通信系統(tǒng)中的很多有源器件都是非線性器件，一旦包絡(luò)調(diào)制信號通過該系統(tǒng)時(shí)，就會產(chǎn)生非線性失真，諧波的頻段很多時(shí)候會影響到相鄰的信道中的信號，會對系統(tǒng)產(chǎn)生一定程度的干擾，因此高功率高頻率的射頻發(fā)射系統(tǒng)

3、的輸入信號也必須控制在一定的幅度范圍以內(nèi)。對于那些包絡(luò)變化的線性化調(diào)制技術(shù)就必須采用線性發(fā)射系統(tǒng)。然而發(fā)射系統(tǒng)中非線性最強(qiáng)的器件是功率放大器，同時(shí)發(fā)射系統(tǒng)都要求有盡量高的發(fā)射效率，所以為了效率，射頻功放基本都工作在非線性狀態(tài)，所以如何提高功率放大器的線性度就顯得異常關(guān)鍵?，F(xiàn)在整個(gè)通信領(lǐng)域，射頻功率放大器的線性化技術(shù)已成為一個(gè)越來越重要的研究領(lǐng)域。1.2射頻功率放大器線性化技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀RF功率放大器的線性化技術(shù)研究可以追溯到1920年，1928美國人Harold．S．Black在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作的發(fā)明了負(fù)反饋和前饋技術(shù)并應(yīng)用到放大器設(shè)計(jì)中，功率放大器的失真得到了明顯的改善。當(dāng)

4、時(shí)的線性化技術(shù)都是從器件本身來改善功率放大器的線性度，并且工作的頻率也比較低。在無線通信技術(shù)的興起和飛速發(fā)展的過程中，RF功率放大器的線性化技術(shù)得到空前的發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下兩方面：1.隨著功放線性化技術(shù)得到廣泛研究和發(fā)展，大批線性化技術(shù)已露端倪，其中具有代表性的技術(shù)包括自適應(yīng)前饋線性化技術(shù)、LinearamplificationusingNonlinearComponents技術(shù)、基于查找表的自適應(yīng)基帶預(yù)失真技術(shù)、EnvelopeEliminationandRestoration技術(shù)、CombinedAnalogueLockedLOOPUniversalModular(CAL

5、LUM)技術(shù)，功率回退技術(shù)等。2.研究也從器件的非線性化設(shè)計(jì)擴(kuò)展到了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，開始著手從系統(tǒng)的角度改善射頻功放的非線性問題。3.世界各國的學(xué)術(shù)界和工業(yè)界在該技術(shù)的研究上投入了大量的人力、物力，對射頻功放的線性化技術(shù)研究都非常重視。相比之下，我國對該技術(shù)投入不夠，需要加大研究力度。2.功率放大器的線性化技術(shù)2.1前饋技術(shù)1928在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作的Harold.S.Black發(fā)明了前饋技術(shù)，成功應(yīng)用到放大器之中，從而有效地減少了放大器的失真，這兩個(gè)技術(shù)原理簡單，性能優(yōu)良，可以認(rèn)為是線性化研究的開端。前饋系統(tǒng)是開環(huán)系統(tǒng)且無條件穩(wěn)定，相比于反饋線性化技術(shù)和預(yù)失真技術(shù)，前饋技術(shù)應(yīng)該

6、說它是一種老技術(shù)，除了校準(zhǔn)是加于輸出之外，在概念上完全是“反饋”，不過是不同的執(zhí)行方法。前饋克服了延遲帶來的影響?？梢哉f，前饋提供了反饋的優(yōu)點(diǎn)，又不受穩(wěn)定性和帶寬的限制。最基本的前饋放大器由兩個(gè)環(huán)路組成：環(huán)路l由功分器、主功率放大器、定向耦合器、衰減器、移相器、延時(shí)線和合成器組成。輸入的RF信號經(jīng)功分器后被分成上下兩支路信號：上分支路為主功率放大器支路，RF載波信號經(jīng)過該主功率放大器后得到放大的載波信號和互調(diào)失真信號；下分支路為失真提取支路，RF載波信號經(jīng)過該支路首先被延時(shí)，上支路經(jīng)過主功率放大器輸出的互調(diào)失真信號經(jīng)衰減器和移相器后，與下支路延時(shí)后的信號在合成器中合成，調(diào)節(jié)衰減

7、器和移相器使兩支路信號獲得相位差為180°、振幅相等，這樣就能夠抵消下支路的RF載波信號，在合成器的輸出端可以得到只有互調(diào)失真的信號。所以該環(huán)路又被稱為失真信號提取環(huán)路。環(huán)路2，也叫失真信號對消環(huán)路，由延時(shí)線、誤差信號放大器、衰減器、移相器和合成器組成。該環(huán)路也有兩條支路構(gòu)成：上支路將主功率放大器輸出的載波信號和互調(diào)失真信號經(jīng)過延時(shí)后送入合成器；下支路將環(huán)路1提取出的互調(diào)失真信號進(jìn)行放大、移相后也送入合成器，調(diào)節(jié)衰減器和移相器，直到合成器輸出的信號中互調(diào)失真信號很小，而此時(shí)輸出信號就有很好的