微波功率放大器技術與設計

盛榮志

摘 要：隨著時代的不斷進步，在移動通信系統中，如果利用恒包絡調制技術在信道間隔足夠寬的前提下，在鄰信道干擾在-45db到-60db之間還是可以滿足的。但是對于間隔寬度在25KHZ的移動通信系統中，如果發射機的功率放大器工作功率較高，則很難達到要求。如果遇到這種情況，常見的辦法就是對功率放大器進行線性化，從而最大限度的減小鄰信道干擾，這些技術主要包括前饋型、源偏型、LINC電路、預失真以及負反饋五種類型，其中預失真線性化技術對放大器進行線性化最為常見。本文將會主要闡述預失真線性化電路的相關工作原理應用以及相關設計，希望能夠得到一些借鑒和參考。

關鍵詞：功率放大器；預失真技術；線性化；移動通信

眾所周知，當前國內外抑制信號二、三次諧波絕大多數采用的方式就是在功放后加開關濾波器。通過以往大量的實踐結果表明，在45dbm/路輻射功率的環境中進行操作可以在規定的時間空間范圍內實現二次35dbc與三次40dbc（基于當前國內開關濾波器的標準），但該技術就目前而言僅在低頻、窄帶信號中能夠有效開展，在高頻和寬帶環境很難發揮出最佳效應。但是通過以往大量的仿真實驗結果以及總結的經驗發現，如果運用得當，數字預失真技術在解決微波功率放大器線性化技術方面比上面方法能夠取得更好的效果，因為它可以滿足通信信號電磁環境模擬器對諧波和互調分量的指標要求，下面著重對其進行介紹。

一、微波功率放大器線性化技術的具體概況

為了盡可能的減小放大器中的幅度以及獲得高載頻，現在絕大多數企業單位是采用大功率放大器回退功率，通過這種方式讓放大器在正常負荷輸出狀態下工作（低于滿負荷的水平）。事實證明，這種情況下的電源利用效率會低于百分之五，同時大功率器件的有效輸出功率也不大，這樣會造成資源的嚴重浪費，無法最大限度的發揮出自身潛能，因為這樣會大大損耗輸出功率以及降低處理信息量的能力，同時還需要花費更多的資金。除了這種方法，就是采用線性化技術糾正放大器的線性化特征，將那些原來非線性化的點全部處于一條直線上，從而在電路整體上呈現出放大輸入信號的線性化效果。

通過收集多方數據，如今這種技術的使用主要包括三種，分別為正向前饋法、負反饋法、預失真方法三種。

其中正向前饋法使用最為普遍，但是局限性較強。比方說在工作環境變化過程中，工作人員由于認為或者非人為因素很難將電路的參數變化保持一致（做到這一點需要扎實的技術與很強的耐心），如果稍有不慎最終會放大線性的惡化程度，穩定性很難保證，停機現象屢見不鮮。除此之外，在末級大功率合成器位置構成自適應環路難度也很大，因此在功率合成級采用此法的極為少見。

至于負反饋技術的實現往往需要專業技術能力很強人員來特別處理寬帶以及時延這兩大問題，為什么這么說呢？因為這種技術的使用會使放大器帶寬迅速變得比過去狹窄，在放大寬頻帶方面并不適用。

大量的實踐結果表明，預失真技術可以在高頻和寬帶條件下很好的使用解決問題。具體地說，就是業界人士預先使微波放大器的輸入信號在相位與幅度方面產生反失真（根據實際需要實現設定），從而抵消微波放大器內的非線性失真。如今已經成為大功率微波放大器進行線性化的理想技術。

目前該技術主要分為兩種：射頻預失真與基帶預失真。其中射頻預失真方法所耗費的成本低而且電源使用效率高，但是在通常情況下仍然需要使用射頻非線性有源器件加以輔助運行，想要有效控制尚需時日。基帶預失真技術當中難度大的射頻信號處理問題比較少，相關工作人員只要在低頻部分補償處理基帶信號即可完成任務，便于采用現代的數字信號處理技術。事實表明，該技術實用性較強，而且通過增加采樣率或者量化級數可以很好的抵消高階互調失真。

二、基帶預失真技術以及使用

基帶預失真線性化系統如下圖（圖1）所示：

從圖中我們可以清楚的看到，輸入端的信號經過A/D變換后可以在很短時間內得到數字域中的等階信號，經過預失真相關處理后數字域中的預失真信號就可以迅速得到，通過正交調制器調制到載頻上再放大功率，其中少部分輸出功率借助耦合器傳輸到線性解調器，得到的反饋信號（經過A/D變換后）提供給誤差比較模塊，最終經過相應的公式原理可以正確計算出預失真特性和數值。

仿真和系統模型實驗結果表明，對于寬帶輸入信號，采用基帶預失真線性化技術可以將功率放大器輸出三階互調值少于-80db。除此之外，由于此系統的預失真電路主要是通過數字電路完成的，預失真處理是在基帶實施的，加上閉環自適應控制的有效應用，能夠讓整個電路穩定運轉，這樣一來就可以很好的省去了采用固定預失真所需要的調整時間。當然這種方案研制出來不久，現在想要完全實現需要很高的工作速率，因此在通信設備中并不多見，而是在實驗室以及計算機模擬的結果中見到，因此還需要業界人士對其進一步研究和開發。

三、結語

綜上所述，隨著時代的發展以及科技的進步，數字基帶預失真線性化技術在微波功率放大器進行線性化補償的應用越來越廣泛而且所涉及的領域也越來越寬，目前已經取得了很多成功的經驗。從這一點上來看，數字預失真線性化技術可以在允許條件下為廣大相關工作人員的一種微波功率放大器線性化技術的新方法，完全有可能滿足現代通信信號電磁環境模擬器對諧波和互調失真的技術指標要求，從而為科技進步與發展做出應有的貢獻。

參考文獻：

[1] 羅祥云.微波功率放大器技術研究與設計[D].電子科技大學，2014.

[2] 董永岐.微波功率放大器的自適應預失真線性化技術[J].電子科技大學，2016.