射頻功率放大器的線性化技術

楚敬峰+姜巖峰

摘 要：本文分析了射頻功率放大器的非線性特性，給出了幾種射頻功放線性化技術的工作原理，簡述了各自的優缺點，以便于射頻功率放大器的設計者參考。

關鍵詞：功放 非線性 功率回退 前饋

中圖分類號：TN722 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0001-01

功率放大器是現代通信中一個重要的元件，現代通信系統趨向于使用線性調制方式，這就要求射頻系統具有很好的線性特性，因此，對功放的輸出進行線性化成為現代通信中一個重要的課題。

功率放大器的非線性分析。

設功放的輸入與輸出關系如下：

（1）

式中，是輸入電壓的瞬時值，是輸出電壓的瞬時值。若該函數的各階導數都存在，可把上式進行冪級數展開：

（2）

設，將其帶入上式可得：

（3）

設A=B且與很接進，那么高階分量的幅度隨階數增加而迅速下降，可忽略其影響；、、和離通頻帶較遠，可用濾波器濾除，而三階交調失真頻率和與基頻會很接近，難以用濾波器進行濾除，這是設計功放時要重點考慮的問題。

（1）功放的線性化技術。

功放的線性化技術除功率回退技術外，可分為兩類，其一是獲取功放的非線性特性進而來消除功放輸出信號中的非線性成分，如前饋技術；其二是給功放輸入恒定幅度的信號來避免功放的非線性失真，如EE&R技術。下面將分別闡述。

（2）功率回退技術。

功率回退技術是選用功率較大的管子讓其工作在小功率狀態。圖1是功放基波與三階交調特性曲線，當Pin超過Pin（1dB）以后，繼續增加輸入功率，輸出功率雖然會略有增加，但三階交調會急劇惡化，Pin每增加1dB，IMD3就會惡化2 dB：而如果從Pin（1 dB）每回退1 dB，IMD3可以改善2 dB，但是當功率回退到某種程度，繼續回退將不再改善功放的線性度。

1 這項技術的缺點

效率低，常用于對線性度要求不高的場合。

（1）前饋技術。

如圖2所示，主功放輸出信號耦合到下支路，被放大的基波信號經過衰減后跟經過延遲的輸入信號時等幅、反相的，經過疊加后獲得失真信號。失真信號在失真消除回路中被線性放大，經過輸出耦合器和主功放輸出的失真信號進行等幅、反相的疊加，從而消除了失真分量，只剩下被線性放大的信號。前饋系統可以很好的改善功放的非線性，但系統復雜，成本高。

（2）EE&R技術。

其中輸入的中頻信號經過包絡檢測器與限幅器，從而得到幅度形式與相位形式的信號。其中恒定包絡的信號經過混頻器變頻為射頻信號，通過非線性射頻功放輸出。另一路中頻的包絡信號調制供給電壓信號，之后得到的調制信號用來控制功放。

綜上所述：單一的線性化技術總會存在一定的不足，在工程實踐中可以融合借鑒各種線性化技術，如前饋技術的信號消除環路中就經常用到預失真技術，而預失真技術中也常常加入了反饋的思想。

2 結語

以上分析了功放的非線性特性，闡述了幾種常用的線性化技術：功率回退、前饋與EE&R技術，給出了各自的工作原理及優缺點，以便于射頻功放的設計者參考。

參考文獻

[1] 李銘祥.微波功放的線性化技術[J].微波學報，2002，18（1）：83-87.

[2] 李培，黃建，羅勇，等.采用二極管的射頻預失真毫米波功放線性化器[J].微波學報，2010，26（4）：70-73.

摘 要：本文分析了射頻功率放大器的非線性特性，給出了幾種射頻功放線性化技術的工作原理，簡述了各自的優缺點，以便于射頻功率放大器的設計者參考。

關鍵詞：功放 非線性 功率回退 前饋

中圖分類號：TN722 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0001-01

功率放大器是現代通信中一個重要的元件，現代通信系統趨向于使用線性調制方式，這就要求射頻系統具有很好的線性特性，因此，對功放的輸出進行線性化成為現代通信中一個重要的課題。

功率放大器的非線性分析。

設功放的輸入與輸出關系如下：

（1）

式中，是輸入電壓的瞬時值，是輸出電壓的瞬時值。若該函數的各階導數都存在，可把上式進行冪級數展開：

（2）

設，將其帶入上式可得：

（3）

設A=B且與很接進，那么高階分量的幅度隨階數增加而迅速下降，可忽略其影響；、、和離通頻帶較遠，可用濾波器濾除，而三階交調失真頻率和與基頻會很接近，難以用濾波器進行濾除，這是設計功放時要重點考慮的問題。

（1）功放的線性化技術。

功放的線性化技術除功率回退技術外，可分為兩類，其一是獲取功放的非線性特性進而來消除功放輸出信號中的非線性成分，如前饋技術；其二是給功放輸入恒定幅度的信號來避免功放的非線性失真，如EE&R技術。下面將分別闡述。

（2）功率回退技術。

功率回退技術是選用功率較大的管子讓其工作在小功率狀態。圖1是功放基波與三階交調特性曲線，當Pin超過Pin（1dB）以后，繼續增加輸入功率，輸出功率雖然會略有增加，但三階交調會急劇惡化，Pin每增加1dB，IMD3就會惡化2 dB：而如果從Pin（1 dB）每回退1 dB，IMD3可以改善2 dB，但是當功率回退到某種程度，繼續回退將不再改善功放的線性度。

1 這項技術的缺點

效率低，常用于對線性度要求不高的場合。

（1）前饋技術。

如圖2所示，主功放輸出信號耦合到下支路，被放大的基波信號經過衰減后跟經過延遲的輸入信號時等幅、反相的，經過疊加后獲得失真信號。失真信號在失真消除回路中被線性放大，經過輸出耦合器和主功放輸出的失真信號進行等幅、反相的疊加，從而消除了失真分量，只剩下被線性放大的信號。前饋系統可以很好的改善功放的非線性，但系統復雜，成本高。

（2）EE&R技術。

其中輸入的中頻信號經過包絡檢測器與限幅器，從而得到幅度形式與相位形式的信號。其中恒定包絡的信號經過混頻器變頻為射頻信號，通過非線性射頻功放輸出。另一路中頻的包絡信號調制供給電壓信號，之后得到的調制信號用來控制功放。

綜上所述：單一的線性化技術總會存在一定的不足，在工程實踐中可以融合借鑒各種線性化技術，如前饋技術的信號消除環路中就經常用到預失真技術，而預失真技術中也常常加入了反饋的思想。

2 結語

以上分析了功放的非線性特性，闡述了幾種常用的線性化技術：功率回退、前饋與EE&R技術，給出了各自的工作原理及優缺點，以便于射頻功放的設計者參考。

參考文獻

[1] 李銘祥.微波功放的線性化技術[J].微波學報，2002，18（1）：83-87.

[2] 李培，黃建，羅勇，等.采用二極管的射頻預失真毫米波功放線性化器[J].微波學報，2010，26（4）：70-73.

摘 要：本文分析了射頻功率放大器的非線性特性，給出了幾種射頻功放線性化技術的工作原理，簡述了各自的優缺點，以便于射頻功率放大器的設計者參考。

關鍵詞：功放 非線性 功率回退 前饋

中圖分類號：TN722 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0001-01

功率放大器是現代通信中一個重要的元件，現代通信系統趨向于使用線性調制方式，這就要求射頻系統具有很好的線性特性，因此，對功放的輸出進行線性化成為現代通信中一個重要的課題。

功率放大器的非線性分析。

設功放的輸入與輸出關系如下：

（1）

式中，是輸入電壓的瞬時值，是輸出電壓的瞬時值。若該函數的各階導數都存在，可把上式進行冪級數展開：

（2）

設，將其帶入上式可得：

（3）

設A=B且與很接進，那么高階分量的幅度隨階數增加而迅速下降，可忽略其影響；、、和離通頻帶較遠，可用濾波器濾除，而三階交調失真頻率和與基頻會很接近，難以用濾波器進行濾除，這是設計功放時要重點考慮的問題。

（1）功放的線性化技術。

功放的線性化技術除功率回退技術外，可分為兩類，其一是獲取功放的非線性特性進而來消除功放輸出信號中的非線性成分，如前饋技術；其二是給功放輸入恒定幅度的信號來避免功放的非線性失真，如EE&R技術。下面將分別闡述。

（2）功率回退技術。

功率回退技術是選用功率較大的管子讓其工作在小功率狀態。圖1是功放基波與三階交調特性曲線，當Pin超過Pin（1dB）以后，繼續增加輸入功率，輸出功率雖然會略有增加，但三階交調會急劇惡化，Pin每增加1dB，IMD3就會惡化2 dB：而如果從Pin（1 dB）每回退1 dB，IMD3可以改善2 dB，但是當功率回退到某種程度，繼續回退將不再改善功放的線性度。

1 這項技術的缺點

效率低，常用于對線性度要求不高的場合。

（1）前饋技術。

如圖2所示，主功放輸出信號耦合到下支路，被放大的基波信號經過衰減后跟經過延遲的輸入信號時等幅、反相的，經過疊加后獲得失真信號。失真信號在失真消除回路中被線性放大，經過輸出耦合器和主功放輸出的失真信號進行等幅、反相的疊加，從而消除了失真分量，只剩下被線性放大的信號。前饋系統可以很好的改善功放的非線性，但系統復雜，成本高。

（2）EE&R技術。

其中輸入的中頻信號經過包絡檢測器與限幅器，從而得到幅度形式與相位形式的信號。其中恒定包絡的信號經過混頻器變頻為射頻信號，通過非線性射頻功放輸出。另一路中頻的包絡信號調制供給電壓信號，之后得到的調制信號用來控制功放。

綜上所述：單一的線性化技術總會存在一定的不足，在工程實踐中可以融合借鑒各種線性化技術，如前饋技術的信號消除環路中就經常用到預失真技術，而預失真技術中也常常加入了反饋的思想。

2 結語

以上分析了功放的非線性特性，闡述了幾種常用的線性化技術：功率回退、前饋與EE&R技術，給出了各自的工作原理及優缺點，以便于射頻功放的設計者參考。

參考文獻

[1] 李銘祥.微波功放的線性化技術[J].微波學報，2002，18（1）：83-87.

[2] 李培，黃建，羅勇，等.采用二極管的射頻預失真毫米波功放線性化器[J].微波學報，2010，26（4）：70-73.