毫米波功率放大器的线性化技术

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1、第一章引言1．1毫米波功放线性化技术研究的目的和意义研究功放线性化技术的根本目的是为了提高频谱利用率。现代微波通信技术实现了人们在任何时候、在任何地方、与任何人都能及时沟通联系、交流信息的美好愿望。然而通信可以利用的频谱资源非常有限，通信业务量却与日俱增【lJ。为了解决这一矛盾，一方面要研究各种新技术和新措施，以压缩信号所占的频带宽度；另一方面，就要开辟和启用新的频段。在新技术方面，模拟调制技术以及数字调制技术的研究和应用在很大程度上增加了通信容量，提高了频谱利用率。随之而来的问题就是：此类线性调制技术，例如PSK、QPSK、QAM以及多载波技术等，都

2、要求通信设备从频率变换到放大和发射的过程中保持充分的线性。而功率放大器是发射系统中非线性失真最严重的器件之一，因此，功放线性化技术就成为了一个重要的研究课题。毫米波技术由于其价值巨大的频谱资源开发应用价值，近年来迅猛发展。毫米波介于微波和光波之间，波长短，频带宽，与大气环境成分的相互作用强，在雷达、精确制导、电子对抗以及短程通讯等方面性能优越【2】。因此，毫米波是通信技术重要的频谱资源，也是所要攻克的高新领域。综上所述，而毫米波功放线性化技术的研究对于提高频谱利用率和促进毫米波技术的发展都具有重要的意义。1．2功放线性化技术在国内外的发展动态和趋势国外

3、关于功放线性化的研究早已开展，每年都有大量文献涌现，而国内的研究则有所延迟，但近年来已经迅速展开。但是，以往的这些研究多集中在射频和微波频段，对于毫米波频段的功放线性化技术的研究则较为少见。首先介绍国外的研究情况。早在1993年，葡萄牙学者JostCarlosPedro等人利用非线性负反馈方法制作了一块单片MMIC，它由一个L波段可调MESFET功放和一个非线性反馈回路构成，改善C／I(载干比，又称干扰保护比)可达15dB，带宽相对提高12％还多pJ。电子科技大学硕十学位论文1994年，德国学者Eggers等人制作了一种预失真线性器，该线性器主要由两个

4、肖特基二极管和一个MMIC放大器构成，工作带宽为10．7GHz．12．75GHz，可提供增益扩展5dB，相位转移20．50dB，可用于行波管放大器和固态放大裂4】。1994年，英国曼彻斯特大学M．T．Hickson等人改进了前馈电路，用两个1W放大器制作了线性化器，工作中心频率在8．15GHz，带宽500MHz。无线性化器时，载波输出功率0dBm，交调幅度为46．4dB；引入前馈电路后，载波输出0．8dBm时，交调幅度为63．6dB，前后改进了18dB。同时，该文论证了辅助放大器的饱和功率水平可以很大程度上低于主功放饱和输出功率，不影响线性器的工作效率

5、和效果。并且，线性器对第一环路的失衡更加敏感【5】。日本三菱公司信息技术研发公司KazuhisaYamauchi等人在2000年时介绍了一种由肖特基二极管和电容并联所构成的可调预失真线性器，工作频率在18GHz，当输出功率为14．5dBm时，不加线性化器的功放IMD3(31dintermodulationdistortion，即三阶交调失真)为．22dBe；加上线性化器后的功放IMD3为．42dBe，IMD3前后改善了20dBcl61。在2006年，KazuhisaYamauchi等人又用两个反向并联的二极管制作了一种预失真线性化器，用于B类UHF波段

6、功放。当输出功率为41dBm时，加入线性器前后ACPR从．39dBc降到了-43dBc，改善了4dBc[7】。美国新泽西大学在1993年，AlienKatz等人制作了一种可用于C、X、KU波段的无源FET预失真线性化器芯片。当工作频率为11．25GHz时，功率回退2dB，C／I为19dBe，功率回退6dB时C／I为-42dBct81。在2006年，AlienKatz等人，利用预失真的方法，研制出6—16GHz宽带氮化镓MMIC线性化器，工作在16GHz时，功率回退2dB时IMD3改善2dBc；回退8dB时IMD3改善可达8dBe，达到．37dBc【91

7、。2007年，英国伦敦帝国学院DafuBai等人，根据有源RC网络设计方法，用FET设计了一种预失真器，用于工作带宽为27GHz一30G}{z的毫米波功放，IMD3可改善8．6dB，从．32．82dBc改善到-41．46dBc[1UJ。以上介绍的是国外有关功放线性化技术的研究。对于国内的研究情况，多数文献属于综述性的文章[IH，学术研究性文章较少，一些硕士、博士在学位论文【12】【13】中对此有所研究，但都是研究的射频功放预失真技术，对于毫米波频段的功放线性化技术研究比较少见。西安空间无线电技术研究所王毅、付毅、于洪喜等人研究的星载预失真器【14H15

8、J可以用于固态功放和行波管功放，工作频率在llGHz．12GHz，三阶交调的改善指标不详。另外