關(guān)于寬帶射頻功率放大器記憶效應(yīng)的分析

仲林

摘 要：寬帶射頻功率放大器的記憶效應(yīng)對前饋技術(shù)、預(yù)失真技術(shù)等外部線性化技術(shù)的實(shí)際表現(xiàn)有著重要的影響。本文主要從記憶效應(yīng)的定義和表現(xiàn)入手，對寬帶射頻功率放大器的記憶效應(yīng)問題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：寬帶射頻功率放大器 電學(xué)記憶效應(yīng) 熱學(xué)記憶效應(yīng)

功率放大器技術(shù)是移動通信系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。按照一定的性能要求，將移動通信信號放大至一定的功率，是功率放大器所發(fā)揮的主要作用。

1、寬帶射頻功率放大器的記憶效應(yīng)的定義和表現(xiàn)

1.1記憶效應(yīng)的定義

所謂的記憶效應(yīng)主要指的是在信號的輸入過程中，在帶寬的變化性影響下，所表現(xiàn)出來對信號幅度和相位特征的變化問題[1]。信號幅度和相位特征的變化與信號包絡(luò)頻率的變化之間存在著一定的關(guān)系。可以說，任何基于幅度調(diào)制的信號都可以在放大器的記憶效應(yīng)的研究過程中發(fā)揮作用。數(shù)字信號是對放大器的線性度進(jìn)行計(jì)算的主要依據(jù)。

1.2記憶效應(yīng)的主要表現(xiàn)

從頻域的角度來看，記憶效應(yīng)主要指的是放大器的幅度在輸入信號包絡(luò)頻率發(fā)生變化的情況下所產(chǎn)生的變化現(xiàn)象。從無記憶功放增益曲線的研究結(jié)果來看，在輸入信號的頻率處于相對較窄的范圍內(nèi)的情況下，放大器的非線性特征會表現(xiàn)出一種恒定性的特征。在輸入信號的帶寬不斷增加的情況下，射頻功率放大器的記憶效應(yīng)會表現(xiàn)出一種逐漸趨于顯著的特征。在等幅雙音信號成為移動通信系統(tǒng)中輸入的主要信號的情況下，放大器輸出信號在上、下邊帶內(nèi)所表現(xiàn)出來的不對稱性特征也會成為放大器記憶效應(yīng)的主要表現(xiàn)。

2、記憶效應(yīng)的原因分析

2.1電學(xué)記憶效應(yīng)的原因分析

從電學(xué)記憶效應(yīng)的產(chǎn)生原因來看，它與包絡(luò)頻率和基頻等因素之間存在著一定的聯(lián)系。包絡(luò)頻率等因素在隨調(diào)制頻率變化過程中所表現(xiàn)出來的節(jié)點(diǎn)阻抗，是造成記憶效應(yīng)現(xiàn)象的一大重要因素。從系統(tǒng)的運(yùn)行情況來看，基波與二次諧波至提供了一小部分的記憶效應(yīng)。從直流和其他頻段之間的差異性因素來看，在系統(tǒng)的中心頻率發(fā)生轉(zhuǎn)變的情況下，基波和二次諧波阻抗會出現(xiàn)一定的轉(zhuǎn)變。在基波和諧波波段產(chǎn)生大量的記憶效應(yīng)以后，記憶效應(yīng)的形態(tài)會在頻道發(fā)生改變的情況下出現(xiàn)一定的變化。

2.2熱學(xué)記憶效應(yīng)的原因分析

放大器的熱學(xué)記憶效應(yīng)可以被看做是熱電偶合作用的產(chǎn)物。在移動通信領(lǐng)域，熱點(diǎn)耦合會給一些頻率為1MHz左右的低頻信號帶來一定的影響。圖1所示的內(nèi)容就是熱功率反饋的系統(tǒng)框圖。

從圖1中所示的內(nèi)容來看，K值所表述的內(nèi)容為溫度與放大器增益之間的關(guān)系。從移動系統(tǒng)的實(shí)際情況來看，晶體管的電路參數(shù)可以被看作是溫度的函數(shù)，但是由于發(fā)揮溫度補(bǔ)償功能的外部偏置電路難以對晶體管結(jié)溫度變化情況進(jìn)行探測，因而自熱效應(yīng)也就成為了熱學(xué)記憶效應(yīng)的主要產(chǎn)生原因。

3、線性化與記憶效應(yīng)的分析

3.1記憶效應(yīng)的仿真

現(xiàn)行技術(shù)是寬帶系統(tǒng)中常用的技術(shù)，表1所示的內(nèi)容就是主要的線性化技術(shù)之間的對比。

Volterra模型的應(yīng)用，可以為失真機(jī)制與記憶效應(yīng)的研究工作的開展提供一定幫助。從這一模型的實(shí)際應(yīng)用效果來看，它只能在對一些依賴于調(diào)制頻率的記憶效應(yīng)進(jìn)行分析的過程中發(fā)揮一定的作用，五階Volterra模型的研發(fā)，可以對傳統(tǒng)Volterra模型的一些劣勢進(jìn)行優(yōu)化，但是這一模型也存在著計(jì)算復(fù)雜的問題[2]。這樣，利用數(shù)值方法進(jìn)行模擬的措施就成為了記憶效應(yīng)研究過程中不可缺少的一項(xiàng)措施。諧波平衡法就可以被看作是一種具有可行性的解決方法。它可以借助Kirchhof定義的作用，對極品相應(yīng)和非線性諧波響應(yīng)疊代問題進(jìn)行解決。由于這種方式只能得到一些頻譜分量的最后結(jié)果，因而幅度掃描也是對五階的非線性進(jìn)行區(qū)分的重要方式。

3.2記憶效應(yīng)的測量

記憶效應(yīng)具有著難以得到有效測量的特點(diǎn)。頻譜分析法是對記憶效應(yīng)的邊帶幅度進(jìn)行分析的有效方法。網(wǎng)絡(luò)分析儀雖然可以在雙音測量中提供一些與基頻有關(guān)的相位信息，但是這種基于雙音測量的測量方式所提供的信息，也只能對某個頻率下信號的記憶效應(yīng)進(jìn)行反映。以二極管的非線性特征為參考的測量方式是學(xué)者目前目前所研究的一種重要測量方式。這種方式的應(yīng)用，可以讓調(diào)制頻帶上的IM3相位保持一種恒定性的特征。

在記憶效應(yīng)的測量過程中，測量精度也是學(xué)者不可忽視的問題。高性能的測量設(shè)備的應(yīng)用，是對一些可以被校準(zhǔn)的誤差進(jìn)行處理的有效方式。針對一些信號發(fā)生器在趨勢及應(yīng)用過程中表現(xiàn)出來的低頻相位漂移問題，工作人員需要在測量結(jié)束以后對抵消的相位進(jìn)行嚴(yán)格檢查。

結(jié)論

包絡(luò)頻率等因素在隨調(diào)制頻率變化過程中所表現(xiàn)出來的節(jié)點(diǎn)阻抗，是造成記憶效應(yīng)現(xiàn)象的一大重要因素。自熱效應(yīng)也就成為了熱學(xué)記憶效應(yīng)的主要產(chǎn)生原因。Volterra模型的應(yīng)用，是對射頻功率放大器的記憶效應(yīng)的研究提供幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]袁曉輝.記憶非線性功率放大器行為建模及其數(shù)字預(yù)失真[D].西南交通大學(xué)，2016.

[2]何軍.寬帶射頻功率放大器記憶效應(yīng)的研究[D].電子科技大學(xué)，2009.