一種用于射頻功率放大器的新型預(yù)失真器的設(shè)計(jì)

摘要：預(yù)失真技術(shù)是功率放大器線性化的主要技術(shù)之一。分析了傳統(tǒng)預(yù)失真器不能消除其輸出端所產(chǎn)生雙音基頻分量的特點(diǎn)，提出一種新的預(yù)失真器，并利用它改善射頻功率放大器的非線性失真。仿真結(jié)果表明，該方法可以明顯改善射頻功率放大器的三階交調(diào)非線性失真。
關(guān)鍵詞：非線性失真；射頻功率放大器；消基頻；預(yù)失真器；ADS

O 引言
射頻功率放大器是距離最靠近發(fā)射天線的重要一環(huán)，被廣泛應(yīng)用與各種無(wú)線發(fā)射設(shè)備中。射頻功率放大器的指標(biāo)主要有：線性度、效率、噪聲系數(shù)等，其中最關(guān)心的是其線性度和效率。隨著無(wú)線用戶數(shù)目的增多，寬帶通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，通信頻段變得越來(lái)越擁擠，為在有限的頻譜范圍內(nèi)容納更多的通信信道，需采用頻譜利用率更高的調(diào)制技術(shù)。但由于放大器的非線性，信號(hào)的包絡(luò)波動(dòng)會(huì)產(chǎn)生非線性失真。這就對(duì)射頻功率放大器的線性度提出了更高的要求。
傳統(tǒng)的改善射頻功率放大器非線性失真的方法有：前饋、負(fù)反饋和預(yù)失真。前饋線性化技術(shù)需要額外的輔助功率放大器和較復(fù)雜的控制電路且體積大、價(jià)格昂貴。負(fù)反饋技術(shù)的方法降低了放大器的增益，且只能使放大器在很窄的頻帶內(nèi)穩(wěn)定工作，僅適用于窄帶通信系統(tǒng)。預(yù)失真技術(shù)是目前最常用的線性化技術(shù)之一。其電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、成本低、工作頻帶寬、易于集成且直流功率高。本文將介紹一種新型預(yù)失真器的設(shè)計(jì)方案，并運(yùn)用ADS2008U1對(duì)電路進(jìn)行仿真分析。結(jié)果表明，該方案能夠很好地改善功率放大器的非線性失真。

1 預(yù)失真線性化技術(shù)的工作原理
預(yù)失真是在功率放大器前端增加一個(gè)非線性電路用于補(bǔ)償功率放大器的非線性失真，基本原理如圖1所示。預(yù)失真器實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)非線性發(fā)生器，通過(guò)控制非線性發(fā)生器，使其輸出與射頻放大器的非線性特性在幅度上相同、相位上相反，來(lái)抵消射頻功率放大器的非線性，從而提高功放的線性度，使功放獲得線性化輸出。根據(jù)預(yù)失真器所處的位置，可將預(yù)失真技術(shù)分為射頻預(yù)失真、中頻預(yù)失真和基頻預(yù)失真三類，本文主要討論射頻預(yù)失真技術(shù)。

傳統(tǒng)的預(yù)失真技術(shù)的原理框圖，如圖2所示。


它的不足之處在于，當(dāng)輸入信號(hào)進(jìn)入預(yù)失真器之后，在其輸出端不僅有用來(lái)補(bǔ)償射頻功放非線性特性的非線性失真信號(hào)，而且還有殘余的基頻分量，根據(jù)預(yù)失真技術(shù)的原理可知，這部分殘余基頻信號(hào)是與射頻功放中的基頻信號(hào)相位相反的。故在改善功放非線性特性的同時(shí)，其輸出功率也受到一定程度的削弱。

2 新型預(yù)失真器的設(shè)計(jì)
本文采用一種電橋形式的同向平行二極管對(duì)預(yù)失真器，預(yù)失真模型見圖3。


2．1 預(yù)失真器模型
用90°電橋網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成信號(hào)的處理和匹配功能，電橋0°通路上的電容可補(bǔ)償二極管對(duì)的電抗分量，彌補(bǔ)相位失真。采用90°電橋還可以保持輸入／輸出阻抗特性的良好匹配。