前饋仿真設計

摘 要：從前饋技術的基本原理出發(fā)，針對多載波系統(tǒng)對放大器提出較高的交調抑制要求，利用MWO微波仿真軟件按照器件參數(shù)進行了初步的前饋仿真設計，并分析了應用中誤差放大對消不理想的主要原因，對主、輔放大器可能存在的增益相位漂移等而導致的誤差信號抵消失效等問題，給出了可用于實際設計的前饋框圖，對多載波情況下的設計實踐工作具有一定的幫助。
關鍵詞：前饋；失真；放大器；頻譜調制

0 引 言
    隨著現(xiàn)代通訊技術的快速發(fā)展，高效率的頻譜調制技術(QPSK或QAM)需要在放大過程中也保持高線性。然而，幾乎所有的放大器都具有非線性特性，因此，采用何種技術來消除這種非線性對輸出信號帶來的不利影響，就成為線性放大器設計中需要研究的一個問題。目前，對功率放大器進行線性化主要有功率回退、負反饋、預失真、前饋、有源偏置和具有非線性元件的線性放大器(LINC)等技術。其中，功率回退技術能夠有效改善窄帶信號的線性度，但其效率并不令人滿意；有源偏置技術和LINC技術雖然具有較高的效率，但其或對部分器件提出的較高要求、或因復調相信號而需要匹配良好的兩路均衡放大鏈等，都導致其在設計使用方面需要投入更多的精力。而預失真和前饋技術，因其具有較高的準確度和穩(wěn)定度，并兼顧了一定的效率，因此成為改善寬帶信號線性度的主要技術。特別是前饋技術，在良好的設計前提下，往往能夠提供更優(yōu)良的電路性能。

1 基本原理及仿真
    前饋技術由貝爾試驗室的H.s.Black提出，早期因其本身的特點，如：開環(huán)電路導致器件特性隨時間變換不能被補償；在整個頻帶內電路的轉移特性要求嚴格；前饋的實現(xiàn)需要輔助放大器，提高了成本和設計復雜度等問題而沒有被重視。隨著對線性化技術研究的深入，其固有的諸多潛在優(yōu)點也逐漸被大家所認可。前饋技術的基本原理框圖如圖1所示，由于在前饋放大器的設計中，合適的耦合因子的選擇以及輔助放大器本身的特性漂移等對誤差信號的抵消有著極大的影響，因
此，在實際設計前，應對電路進行仿真設計，并根據(jù)仿真結果確定是否需要增加自適應調整電路。

    仿真設計中采用一個輸出功率約80 W的LDMOS功率管作為仿真的基礎器件，著重仿真在一定的功率回退基礎上，誤差放大器的增益漂移對整個前饋電路的影響。并根據(jù)仿真結果得出在預期的交調失真抑制目標下，該誤差放大器可以承受的增益改變。為了簡化仿真過程，在仿真中忽略了功率管等器件的插入相位問題。圖2，圖3為基本的仿真電路圖及仿真結果，從結果中可以看出，在合適的耦合因子和增益下，前饋可以較好地改善交調抑制結果。

    圖4 中蘭色粗實線部分為增加輔助放大器后的頻譜，紅色細線部分為未加輔助放大器的輸出頻譜。從仿真結果可以看出，前饋改善了約50 dB的交調，但在實際使用中，如此巨大的交調抑制改善基本不可實現(xiàn)，其主要原因在于誤差放大器本身的增益波動，和實際設計中使用延遲線不能完全等效放大器的插入相位。
    在誤差放大器回路中增加可調衰減器，以仿真誤差放大器的增益波動，從圖4的仿真結果可以得知，在誤差放大器的增益波動±0.2 dB的情況下，交調抑制結果變差了將近26 dB。同樣地，主放大器的增益波動，也會導致輸入誤差放大器的信號對消不理想，甚至失效，從而影響到交調抑制的改善結果。因此，為降低對主放大器和誤差放大器的設計要求，并在一定程度上滿足目前對多載波系統(tǒng)的設計要求，可在電路中增加自適應調整電路，其框圖可構建成如圖5所示的電路。
    圖5 框圖中增加了射頻預失真器件，能夠幫助改善環(huán)路性能，提高整個環(huán)路的效率。更進一步的方法是：在圖5的基礎上，將輸入信號和輸出耦合信號進行包絡比較。

    在同樣的包絡電平情況下，由于非線性失真主要表現(xiàn)在包絡幅值的壓縮等特性，通過控制兩個包絡信號的差值最小，來調整誤差放大器的增益和相位特性。

2 結 語
    對前饋放大進行了計算機模擬仿真，在簡化模型后，仿真可以確定合適的耦合因子及誤差放大器對增益起伏的要求。針對主、輔放大器可能存在的增益相位漂移等而導致的誤差信號抵消失效等問題，給出了可用于實際設計的前饋框圖，對多載波情況下的設計實踐工作具有一定的幫助。