随着通信技术的发展,特别是第三代通信系统的开发应用及蓝牙技术的研发涌现,要求射频(
RF)或微波功率放大器(PA)有很好的线性特性,而用来表示线性特性的参数往往是三阶交调产物的功率电平。这是由于功率放大器是一种非线性器件,不管其工作在线性区(即弱非线性区)还是在非线性区(即强非线性区),都会产生非线性产物,只不过工作在线性区时,非线性产物功率电平较低,一般只考虑其三阶交调量即可;而当其工作在或接近1 dB增益压缩点时,其非线性产物功率电平就很高,此时,五阶交调量(IMD5)甚至七阶交调量(IMD7)都必须予以考虑。
对于应用在基站和手机中的射频功率放大器,在维持可接受的功率附加效率(PAE)的条件下,采取有效的办法来减小其交调产物的功率电平往往是非常必要的。改善功率放大器非线性的常用方法有前馈法,反馈法和预失真法等。其中,反馈法是出现较早的一种方法,但由于反馈法采用了闭环反馈的结构,以至使功率放大器的增益下降,而前馈法又过于复杂,若其各相消环均采用了下变频转换器还会使系统不稳定。本文所提出的方法,非但没有降低放大器的增益,而且由于其电路没有解调器或下变频转换器,故较笛卡儿反馈法和中频反馈法简单,易于调试。
1 基本原理
以下分析均假定功率放大器工作在弱非线性区。我们假设功率放大器的非线性特性可以用下述无穷项的幂级数描述:
(1) 其中vi(t)为功率放大器的输入信号,vo(t)是功率放大器的输出信号,如图1所示。
若输入为双频等幅信号,即:
其中ω1≠ω2,那么,功率放大器的输出可以表示为:
由式(3)和式(4)可以得到如下的结论:
①式(1)中的奇次方项产生了输出信号的奇阶谐波频率分量和交调频率分量,其中奇阶谐波频率分量被滤除;
②偶次方项除了产生直流分量外,还产生了偶阶谐波频率分量,但均被滤除;
③较高奇次方项对较低阶交调频率分量均有贡献。
如果我们在放大器的输入信号中加入适当的失真信号(如三阶交调成分),使输入信号预先发生失真,即:
其中:,φ1,φ2图2设计方案是三阶交调失真成分的幅度及相位。设计方案如图2所示,其中,输入的射频信号被分裂成两路:下通路信号被前馈到合成器(1),与反馈回来的信号(经延时和衰减)相加,然后经过移相和放大,最后出来的是信号的失真成分;另一路直接馈到合成器(2),与下通路馈来的失真成分相加。最后在功率放大器的输入端得到输入信号的失真成分。