射頻功率放大器的線性化技術(shù)

楚敬峰+姜巖峰

摘 要：本文分析了射頻功率放大器的非線性特性，給出了幾種射頻功放線性化技術(shù)的工作原理，簡(jiǎn)述了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，以便于射頻功率放大器的設(shè)計(jì)者參考。

關(guān)鍵詞：功放 非線性 功率回退 前饋

中圖分類號(hào)：TN722 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（c）-0001-01

功率放大器是現(xiàn)代通信中一個(gè)重要的元件，現(xiàn)代通信系統(tǒng)趨向于使用線性調(diào)制方式，這就要求射頻系統(tǒng)具有很好的線性特性，因此，對(duì)功放的輸出進(jìn)行線性化成為現(xiàn)代通信中一個(gè)重要的課題。

功率放大器的非線性分析。

設(shè)功放的輸入與輸出關(guān)系如下：

（1）

式中，是輸入電壓的瞬時(shí)值，是輸出電壓的瞬時(shí)值。若該函數(shù)的各階導(dǎo)數(shù)都存在，可把上式進(jìn)行冪級(jí)數(shù)展開(kāi)：

（2）

設(shè)，將其帶入上式可得：

（3）

設(shè)A=B且與很接進(jìn)，那么高階分量的幅度隨階數(shù)增加而迅速下降，可忽略其影響；、、和離通頻帶較遠(yuǎn)，可用濾波器濾除，而三階交調(diào)失真頻率和與基頻會(huì)很接近，難以用濾波器進(jìn)行濾除，這是設(shè)計(jì)功放時(shí)要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

（1）功放的線性化技術(shù)。

功放的線性化技術(shù)除功率回退技術(shù)外，可分為兩類，其一是獲取功放的非線性特性進(jìn)而來(lái)消除功放輸出信號(hào)中的非線性成分，如前饋技術(shù)；其二是給功放輸入恒定幅度的信號(hào)來(lái)避免功放的非線性失真，如EE&R技術(shù)。下面將分別闡述。

（2）功率回退技術(shù)。

功率回退技術(shù)是選用功率較大的管子讓其工作在小功率狀態(tài)。圖1是功放基波與三階交調(diào)特性曲線，當(dāng)Pin超過(guò)Pin（1dB）以后，繼續(xù)增加輸入功率，輸出功率雖然會(huì)略有增加，但三階交調(diào)會(huì)急劇惡化，Pin每增加1dB，IMD3就會(huì)惡化2 dB：而如果從Pin（1 dB）每回退1 dB，IMD3可以改善2 dB，但是當(dāng)功率回退到某種程度，繼續(xù)回退將不再改善功放的線性度。

1 這項(xiàng)技術(shù)的缺點(diǎn)

效率低，常用于對(duì)線性度要求不高的場(chǎng)合。

（1）前饋技術(shù)。

如圖2所示，主功放輸出信號(hào)耦合到下支路，被放大的基波信號(hào)經(jīng)過(guò)衰減后跟經(jīng)過(guò)延遲的輸入信號(hào)時(shí)等幅、反相的，經(jīng)過(guò)疊加后獲得失真信號(hào)。失真信號(hào)在失真消除回路中被線性放大，經(jīng)過(guò)輸出耦合器和主功放輸出的失真信號(hào)進(jìn)行等幅、反相的疊加，從而消除了失真分量，只剩下被線性放大的信號(hào)。前饋系統(tǒng)可以很好的改善功放的非線性，但系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。

（2）EE&R技術(shù)。

其中輸入的中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢測(cè)器與限幅器，從而得到幅度形式與相位形式的信號(hào)。其中恒定包絡(luò)的信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻器變頻為射頻信號(hào)，通過(guò)非線性射頻功放輸出。另一路中頻的包絡(luò)信號(hào)調(diào)制供給電壓信號(hào)，之后得到的調(diào)制信號(hào)用來(lái)控制功放。

綜上所述：?jiǎn)我坏木€性化技術(shù)總會(huì)存在一定的不足，在工程實(shí)踐中可以融合借鑒各種線性化技術(shù)，如前饋技術(shù)的信號(hào)消除環(huán)路中就經(jīng)常用到預(yù)失真技術(shù)，而預(yù)失真技術(shù)中也常常加入了反饋的思想。

2 結(jié)語(yǔ)

以上分析了功放的非線性特性，闡述了幾種常用的線性化技術(shù)：功率回退、前饋與EE&R技術(shù)，給出了各自的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)，以便于射頻功放的設(shè)計(jì)者參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 李銘祥.微波功放的線性化技術(shù)[J].微波學(xué)報(bào)，2002，18（1）：83-87.

[2] 李培，黃建，羅勇，等.采用二極管的射頻預(yù)失真毫米波功放線性化器[J].微波學(xué)報(bào)，2010，26（4）：70-73.

摘 要：本文分析了射頻功率放大器的非線性特性，給出了幾種射頻功放線性化技術(shù)的工作原理，簡(jiǎn)述了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，以便于射頻功率放大器的設(shè)計(jì)者參考。

關(guān)鍵詞：功放 非線性 功率回退 前饋

中圖分類號(hào)：TN722 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（c）-0001-01

功率放大器是現(xiàn)代通信中一個(gè)重要的元件，現(xiàn)代通信系統(tǒng)趨向于使用線性調(diào)制方式，這就要求射頻系統(tǒng)具有很好的線性特性，因此，對(duì)功放的輸出進(jìn)行線性化成為現(xiàn)代通信中一個(gè)重要的課題。

功率放大器的非線性分析。

設(shè)功放的輸入與輸出關(guān)系如下：

（1）

式中，是輸入電壓的瞬時(shí)值，是輸出電壓的瞬時(shí)值。若該函數(shù)的各階導(dǎo)數(shù)都存在，可把上式進(jìn)行冪級(jí)數(shù)展開(kāi)：

（2）

設(shè)，將其帶入上式可得：

（3）

設(shè)A=B且與很接進(jìn)，那么高階分量的幅度隨階數(shù)增加而迅速下降，可忽略其影響；、、和離通頻帶較遠(yuǎn)，可用濾波器濾除，而三階交調(diào)失真頻率和與基頻會(huì)很接近，難以用濾波器進(jìn)行濾除，這是設(shè)計(jì)功放時(shí)要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

（1）功放的線性化技術(shù)。

功放的線性化技術(shù)除功率回退技術(shù)外，可分為兩類，其一是獲取功放的非線性特性進(jìn)而來(lái)消除功放輸出信號(hào)中的非線性成分，如前饋技術(shù)；其二是給功放輸入恒定幅度的信號(hào)來(lái)避免功放的非線性失真，如EE&R技術(shù)。下面將分別闡述。

（2）功率回退技術(shù)。

功率回退技術(shù)是選用功率較大的管子讓其工作在小功率狀態(tài)。圖1是功放基波與三階交調(diào)特性曲線，當(dāng)Pin超過(guò)Pin（1dB）以后，繼續(xù)增加輸入功率，輸出功率雖然會(huì)略有增加，但三階交調(diào)會(huì)急劇惡化，Pin每增加1dB，IMD3就會(huì)惡化2 dB：而如果從Pin（1 dB）每回退1 dB，IMD3可以改善2 dB，但是當(dāng)功率回退到某種程度，繼續(xù)回退將不再改善功放的線性度。

1 這項(xiàng)技術(shù)的缺點(diǎn)

效率低，常用于對(duì)線性度要求不高的場(chǎng)合。

（1）前饋技術(shù)。

如圖2所示，主功放輸出信號(hào)耦合到下支路，被放大的基波信號(hào)經(jīng)過(guò)衰減后跟經(jīng)過(guò)延遲的輸入信號(hào)時(shí)等幅、反相的，經(jīng)過(guò)疊加后獲得失真信號(hào)。失真信號(hào)在失真消除回路中被線性放大，經(jīng)過(guò)輸出耦合器和主功放輸出的失真信號(hào)進(jìn)行等幅、反相的疊加，從而消除了失真分量，只剩下被線性放大的信號(hào)。前饋系統(tǒng)可以很好的改善功放的非線性，但系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。

（2）EE&R技術(shù)。

其中輸入的中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢測(cè)器與限幅器，從而得到幅度形式與相位形式的信號(hào)。其中恒定包絡(luò)的信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻器變頻為射頻信號(hào)，通過(guò)非線性射頻功放輸出。另一路中頻的包絡(luò)信號(hào)調(diào)制供給電壓信號(hào)，之后得到的調(diào)制信號(hào)用來(lái)控制功放。

綜上所述：?jiǎn)我坏木€性化技術(shù)總會(huì)存在一定的不足，在工程實(shí)踐中可以融合借鑒各種線性化技術(shù)，如前饋技術(shù)的信號(hào)消除環(huán)路中就經(jīng)常用到預(yù)失真技術(shù)，而預(yù)失真技術(shù)中也常常加入了反饋的思想。

2 結(jié)語(yǔ)

以上分析了功放的非線性特性，闡述了幾種常用的線性化技術(shù)：功率回退、前饋與EE&R技術(shù)，給出了各自的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)，以便于射頻功放的設(shè)計(jì)者參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 李銘祥.微波功放的線性化技術(shù)[J].微波學(xué)報(bào)，2002，18（1）：83-87.

[2] 李培，黃建，羅勇，等.采用二極管的射頻預(yù)失真毫米波功放線性化器[J].微波學(xué)報(bào)，2010，26（4）：70-73.

摘 要：本文分析了射頻功率放大器的非線性特性，給出了幾種射頻功放線性化技術(shù)的工作原理，簡(jiǎn)述了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，以便于射頻功率放大器的設(shè)計(jì)者參考。

關(guān)鍵詞：功放 非線性 功率回退 前饋

中圖分類號(hào)：TN722 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（c）-0001-01

功率放大器是現(xiàn)代通信中一個(gè)重要的元件，現(xiàn)代通信系統(tǒng)趨向于使用線性調(diào)制方式，這就要求射頻系統(tǒng)具有很好的線性特性，因此，對(duì)功放的輸出進(jìn)行線性化成為現(xiàn)代通信中一個(gè)重要的課題。

功率放大器的非線性分析。

設(shè)功放的輸入與輸出關(guān)系如下：

（1）

式中，是輸入電壓的瞬時(shí)值，是輸出電壓的瞬時(shí)值。若該函數(shù)的各階導(dǎo)數(shù)都存在，可把上式進(jìn)行冪級(jí)數(shù)展開(kāi)：

（2）

設(shè)，將其帶入上式可得：

（3）

設(shè)A=B且與很接進(jìn)，那么高階分量的幅度隨階數(shù)增加而迅速下降，可忽略其影響；、、和離通頻帶較遠(yuǎn)，可用濾波器濾除，而三階交調(diào)失真頻率和與基頻會(huì)很接近，難以用濾波器進(jìn)行濾除，這是設(shè)計(jì)功放時(shí)要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

（1）功放的線性化技術(shù)。

功放的線性化技術(shù)除功率回退技術(shù)外，可分為兩類，其一是獲取功放的非線性特性進(jìn)而來(lái)消除功放輸出信號(hào)中的非線性成分，如前饋技術(shù)；其二是給功放輸入恒定幅度的信號(hào)來(lái)避免功放的非線性失真，如EE&R技術(shù)。下面將分別闡述。

（2）功率回退技術(shù)。

功率回退技術(shù)是選用功率較大的管子讓其工作在小功率狀態(tài)。圖1是功放基波與三階交調(diào)特性曲線，當(dāng)Pin超過(guò)Pin（1dB）以后，繼續(xù)增加輸入功率，輸出功率雖然會(huì)略有增加，但三階交調(diào)會(huì)急劇惡化，Pin每增加1dB，IMD3就會(huì)惡化2 dB：而如果從Pin（1 dB）每回退1 dB，IMD3可以改善2 dB，但是當(dāng)功率回退到某種程度，繼續(xù)回退將不再改善功放的線性度。

1 這項(xiàng)技術(shù)的缺點(diǎn)

效率低，常用于對(duì)線性度要求不高的場(chǎng)合。

（1）前饋技術(shù)。

如圖2所示，主功放輸出信號(hào)耦合到下支路，被放大的基波信號(hào)經(jīng)過(guò)衰減后跟經(jīng)過(guò)延遲的輸入信號(hào)時(shí)等幅、反相的，經(jīng)過(guò)疊加后獲得失真信號(hào)。失真信號(hào)在失真消除回路中被線性放大，經(jīng)過(guò)輸出耦合器和主功放輸出的失真信號(hào)進(jìn)行等幅、反相的疊加，從而消除了失真分量，只剩下被線性放大的信號(hào)。前饋系統(tǒng)可以很好的改善功放的非線性，但系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。

（2）EE&R技術(shù)。

其中輸入的中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢測(cè)器與限幅器，從而得到幅度形式與相位形式的信號(hào)。其中恒定包絡(luò)的信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻器變頻為射頻信號(hào)，通過(guò)非線性射頻功放輸出。另一路中頻的包絡(luò)信號(hào)調(diào)制供給電壓信號(hào)，之后得到的調(diào)制信號(hào)用來(lái)控制功放。

綜上所述：?jiǎn)我坏木€性化技術(shù)總會(huì)存在一定的不足，在工程實(shí)踐中可以融合借鑒各種線性化技術(shù)，如前饋技術(shù)的信號(hào)消除環(huán)路中就經(jīng)常用到預(yù)失真技術(shù)，而預(yù)失真技術(shù)中也常常加入了反饋的思想。

2 結(jié)語(yǔ)

以上分析了功放的非線性特性，闡述了幾種常用的線性化技術(shù)：功率回退、前饋與EE&R技術(shù)，給出了各自的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)，以便于射頻功放的設(shè)計(jì)者參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 李銘祥.微波功放的線性化技術(shù)[J].微波學(xué)報(bào)，2002，18（1）：83-87.

[2] 李培，黃建，羅勇，等.采用二極管的射頻預(yù)失真毫米波功放線性化器[J].微波學(xué)報(bào)，2010，26（4）：70-73.