微波功率放大器技術(shù)與設(shè)計(jì)

盛榮志

摘 要：隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，如果利用恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)在信道間隔足夠?qū)挼那疤嵯?，在鄰信道干擾在-45db到-60db之間還是可以滿足的。但是對(duì)于間隔寬度在25KHZ的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，如果發(fā)射機(jī)的功率放大器工作功率較高，則很難達(dá)到要求。如果遇到這種情況，常見的辦法就是對(duì)功率放大器進(jìn)行線性化，從而最大限度的減小鄰信道干擾，這些技術(shù)主要包括前饋型、源偏型、LINC電路、預(yù)失真以及負(fù)反饋五種類型，其中預(yù)失真線性化技術(shù)對(duì)放大器進(jìn)行線性化最為常見。本文將會(huì)主要闡述預(yù)失真線性化電路的相關(guān)工作原理應(yīng)用以及相關(guān)設(shè)計(jì)，希望能夠得到一些借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：功率放大器；預(yù)失真技術(shù)；線性化；移動(dòng)通信

眾所周知，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外抑制信號(hào)二、三次諧波絕大多數(shù)采用的方式就是在功放后加開關(guān)濾波器。通過以往大量的實(shí)踐結(jié)果表明，在45dbm/路輻射功率的環(huán)境中進(jìn)行操作可以在規(guī)定的時(shí)間空間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)二次35dbc與三次40dbc（基于當(dāng)前國(guó)內(nèi)開關(guān)濾波器的標(biāo)準(zhǔn)），但該技術(shù)就目前而言僅在低頻、窄帶信號(hào)中能夠有效開展，在高頻和寬帶環(huán)境很難發(fā)揮出最佳效應(yīng)。但是通過以往大量的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果運(yùn)用得當(dāng)，數(shù)字預(yù)失真技術(shù)在解決微波功率放大器線性化技術(shù)方面比上面方法能夠取得更好的效果，因?yàn)樗梢詽M足通信信號(hào)電磁環(huán)境模擬器對(duì)諧波和互調(diào)分量的指標(biāo)要求，下面著重對(duì)其進(jìn)行介紹。

一、微波功率放大器線性化技術(shù)的具體概況

為了盡可能的減小放大器中的幅度以及獲得高載頻，現(xiàn)在絕大多數(shù)企業(yè)單位是采用大功率放大器回退功率，通過這種方式讓放大器在正常負(fù)荷輸出狀態(tài)下工作（低于滿負(fù)荷的水平）。事實(shí)證明，這種情況下的電源利用效率會(huì)低于百分之五，同時(shí)大功率器件的有效輸出功率也不大，這樣會(huì)造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，無法最大限度的發(fā)揮出自身潛能，因?yàn)檫@樣會(huì)大大損耗輸出功率以及降低處理信息量的能力，同時(shí)還需要花費(fèi)更多的資金。除了這種方法，就是采用線性化技術(shù)糾正放大器的線性化特征，將那些原來非線性化的點(diǎn)全部處于一條直線上，從而在電路整體上呈現(xiàn)出放大輸入信號(hào)的線性化效果。

通過收集多方數(shù)據(jù)，如今這種技術(shù)的使用主要包括三種，分別為正向前饋法、負(fù)反饋法、預(yù)失真方法三種。

其中正向前饋法使用最為普遍，但是局限性較強(qiáng)。比方說在工作環(huán)境變化過程中，工作人員由于認(rèn)為或者非人為因素很難將電路的參數(shù)變化保持一致（做到這一點(diǎn)需要扎實(shí)的技術(shù)與很強(qiáng)的耐心），如果稍有不慎最終會(huì)放大線性的惡化程度，穩(wěn)定性很難保證，停機(jī)現(xiàn)象屢見不鮮。除此之外，在末級(jí)大功率合成器位置構(gòu)成自適應(yīng)環(huán)路難度也很大，因此在功率合成級(jí)采用此法的極為少見。

至于負(fù)反饋技術(shù)的實(shí)現(xiàn)往往需要專業(yè)技術(shù)能力很強(qiáng)人員來特別處理寬帶以及時(shí)延這兩大問題，為什么這么說呢？因?yàn)檫@種技術(shù)的使用會(huì)使放大器帶寬迅速變得比過去狹窄，在放大寬頻帶方面并不適用。

大量的實(shí)踐結(jié)果表明，預(yù)失真技術(shù)可以在高頻和寬帶條件下很好的使用解決問題。具體地說，就是業(yè)界人士預(yù)先使微波放大器的輸入信號(hào)在相位與幅度方面產(chǎn)生反失真（根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)設(shè)定），從而抵消微波放大器內(nèi)的非線性失真。如今已經(jīng)成為大功率微波放大器進(jìn)行線性化的理想技術(shù)。

目前該技術(shù)主要分為兩種：射頻預(yù)失真與基帶預(yù)失真。其中射頻預(yù)失真方法所耗費(fèi)的成本低而且電源使用效率高，但是在通常情況下仍然需要使用射頻非線性有源器件加以輔助運(yùn)行，想要有效控制尚需時(shí)日。基帶預(yù)失真技術(shù)當(dāng)中難度大的射頻信號(hào)處理問題比較少，相關(guān)工作人員只要在低頻部分補(bǔ)償處理基帶信號(hào)即可完成任務(wù)，便于采用現(xiàn)代的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。事實(shí)表明，該技術(shù)實(shí)用性較強(qiáng)，而且通過增加采樣率或者量化級(jí)數(shù)可以很好的抵消高階互調(diào)失真。

二、基帶預(yù)失真技術(shù)以及使用

基帶預(yù)失真線性化系統(tǒng)如下圖（圖1）所示：

從圖中我們可以清楚的看到，輸入端的信號(hào)經(jīng)過A/D變換后可以在很短時(shí)間內(nèi)得到數(shù)字域中的等階信號(hào)，經(jīng)過預(yù)失真相關(guān)處理后數(shù)字域中的預(yù)失真信號(hào)就可以迅速得到，通過正交調(diào)制器調(diào)制到載頻上再放大功率，其中少部分輸出功率借助耦合器傳輸?shù)骄€性解調(diào)器，得到的反饋信號(hào)（經(jīng)過A/D變換后）提供給誤差比較模塊，最終經(jīng)過相應(yīng)的公式原理可以正確計(jì)算出預(yù)失真特性和數(shù)值。

仿真和系統(tǒng)模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于寬帶輸入信號(hào)，采用基帶預(yù)失真線性化技術(shù)可以將功率放大器輸出三階互調(diào)值少于-80db。除此之外，由于此系統(tǒng)的預(yù)失真電路主要是通過數(shù)字電路完成的，預(yù)失真處理是在基帶實(shí)施的，加上閉環(huán)自適應(yīng)控制的有效應(yīng)用，能夠讓整個(gè)電路穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣一來就可以很好的省去了采用固定預(yù)失真所需要的調(diào)整時(shí)間。當(dāng)然這種方案研制出來不久，現(xiàn)在想要完全實(shí)現(xiàn)需要很高的工作速率，因此在通信設(shè)備中并不多見，而是在實(shí)驗(yàn)室以及計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果中見到，因此還需要業(yè)界人士對(duì)其進(jìn)一步研究和開發(fā)。

三、結(jié)語

綜上所述，隨著時(shí)代的發(fā)展以及科技的進(jìn)步，數(shù)字基帶預(yù)失真線性化技術(shù)在微波功率放大器進(jìn)行線性化補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用越來越廣泛而且所涉及的領(lǐng)域也越來越寬，目前已經(jīng)取得了很多成功的經(jīng)驗(yàn)。從這一點(diǎn)上來看，數(shù)字預(yù)失真線性化技術(shù)可以在允許條件下為廣大相關(guān)工作人員的一種微波功率放大器線性化技術(shù)的新方法，完全有可能滿足現(xiàn)代通信信號(hào)電磁環(huán)境模擬器對(duì)諧波和互調(diào)失真的技術(shù)指標(biāo)要求，從而為科技進(jìn)步與發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅祥云.微波功率放大器技術(shù)研究與設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué)，2014.

[2] 董永岐.微波功率放大器的自適應(yīng)預(yù)失真線性化技術(shù)[J].電子科技大學(xué)，2016.