射频功率放大器线性化技术发展现状.doc

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1、射频功率放大器线性化技术发展现状的研究1.引言1.1论文背景在现代无线通信系统之中，射频前端部件对于系统的影响起到了至关重要的作用。随着科技的进步，射频前端元件如低噪声放大器（LNA）、混频器（Mixer）、功率放大器（PA）等都已经集成到一块收发器之中，但其中对性能影响最大是功率放大器。功率放大器是一种将电源所提供的能量提供给交流信号的器件，使得无线信号可以有效地发射出去。根据功率放大器的分析模型（泰勒级数模型），可知到当输入信号的幅度很小的时候，对于功率放大器的非线性特性影响较小。但当输入信号的幅度比较大的时候，就会对功率放大器的非线性度产生很大的影响，所以说对功率放大器的

2、非线性性能产生影响的关键因素就是输入信号幅度的增强并且不断地变化。随着无线用户数量人数的不断增加，有限的通信频段变得越来越拥挤。为了提高频谱的利用效率，线性化调制技术技术譬如正交幅度调制（QAM）、正交相位键控（QPSK）、正交频分复用（OFDM）就在现代的无线通信之中就被广泛的应用，因为这几种技术的频谱利用率更高。但是这些线性化调制技术都是包络调制信号，这就必然会引入非线性失真的问题。通信系统中的很多有源器件都是非线性器件，一旦包络调制信号通过该系统时，就会产生非线性失真，谐波的频段很多时候会影响到相邻的信道中的信号，会对系统产生一定程度的干扰，因此高功率高频率的射频发射系统

3、的输入信号也必须控制在一定的幅度范围以内。对于那些包络变化的线性化调制技术就必须采用线性发射系统。然而发射系统中非线性最强的器件是功率放大器，同时发射系统都要求有尽量高的发射效率，所以为了效率，射频功放基本都工作在非线性状态，所以如何提高功率放大器的线性度就显得异常关键。现在整个通信领域，射频功率放大器的线性化技术已成为一个越来越重要的研究领域。1.2射频功率放大器线性化技术国内外研究现状RF功率放大器的线性化技术研究可以追溯到1920年，1928美国人Harold．S．Black在贝尔实验室工作的发明了负反馈和前馈技术并应用到放大器设计中，功率放大器的失真得到了明显的改善。当

4、时的线性化技术都是从器件本身来改善功率放大器的线性度，并且工作的频率也比较低。在无线通信技术的兴起和飞速发展的过程中，RF功率放大器的线性化技术得到空前的发展，主要体现在以下两方面：1.随着功放线性化技术得到广泛研究和发展，大批线性化技术已露端倪，其中具有代表性的技术包括自适应前馈线性化技术、LinearamplificationusingNonlinearComponents技术、基于查找表的自适应基带预失真技术、EnvelopeEliminationandRestoration技术、CombinedAnalogueLockedLOOPUniversalModular(CAL

5、LUM)技术，功率回退技术等。2.研究也从器件的非线性化设计扩展到了整个系统的设计，开始着手从系统的角度改善射频功放的非线性问题。3.世界各国的学术界和工业界在该技术的研究上投入了大量的人力、物力，对射频功放的线性化技术研究都非常重视。相比之下，我国对该技术投入不够，需要加大研究力度。2.功率放大器的线性化技术2.1前馈技术1928在贝尔实验室工作的Harold.S.Black发明了前馈技术，成功应用到放大器之中，从而有效地减少了放大器的失真，这两个技术原理简单，性能优良，可以认为是线性化研究的开端。前馈系统是开环系统且无条件稳定，相比于反馈线性化技术和预失真技术，前馈技术应该

6、说它是一种老技术，除了校准是加于输出之外，在概念上完全是“反馈”，不过是不同的执行方法。前馈克服了延迟带来的影响。可以说，前馈提供了反馈的优点，又不受稳定性和带宽的限制。最基本的前馈放大器由两个环路组成：环路l由功分器、主功率放大器、定向耦合器、衰减器、移相器、延时线和合成器组成。输入的RF信号经功分器后被分成上下两支路信号：上分支路为主功率放大器支路，RF载波信号经过该主功率放大器后得到放大的载波信号和互调失真信号；下分支路为失真提取支路，RF载波信号经过该支路首先被延时，上支路经过主功率放大器输出的互调失真信号经衰减器和移相器后，与下支路延时后的信号在合成器中合成，调节衰减

7、器和移相器使两支路信号获得相位差为180°、振幅相等，这样就能够抵消下支路的RF载波信号，在合成器的输出端可以得到只有互调失真的信号。所以该环路又被称为失真信号提取环路。环路2，也叫失真信号对消环路，由延时线、误差信号放大器、衰减器、移相器和合成器组成。该环路也有两条支路构成：上支路将主功率放大器输出的载波信号和互调失真信号经过延时后送入合成器；下支路将环路1提取出的互调失真信号进行放大、移相后也送入合成器，调节衰减器和移相器，直到合成器输出的信号中互调失真信号很小，而此时输出信号就有很好的