一種改善射頻功率放大器非線性的預(yù)失真法
對(duì)于應(yīng)用在基站和手機(jī)中的射頻功率放大器，在維持可接受的功率附加效率(PAE)的條件下，采取有效的辦法來減小其交調(diào)產(chǎn)物的功率電平往往是非常必要的。改善功率放大器非線性的常用方法有前饋法，反饋法和預(yù)失真法等。其中，反饋法是出現(xiàn)較早的一種方法，但由于反饋法采用了閉環(huán)反饋的結(jié)構(gòu)，以至使功率放大器的增益下降，而前饋法又過于復(fù)雜，若其各相消環(huán)均采用了下變頻轉(zhuǎn)換器還會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定。本文所提出的方法，非但沒有降低放大器的增益，而且由于其電路沒有解調(diào)器或下變頻轉(zhuǎn)換器，故較笛卡兒反饋法和中頻反饋法簡(jiǎn)單，易于調(diào)試。?
1 基本原理?
以下分析均假定功率放大器工作在弱非線性區(qū)。我們假設(shè)功率放大器的非線性特性可以用下述無窮項(xiàng)的冪級(jí)數(shù)描述：
(1)
其中vi(t)為功率放大器的輸入信號(hào),vo(t)是功率放大器的輸出信號(hào)，如圖1所示。
若輸入為雙頻等幅信號(hào)，即：
其中ω1≠ω2，那么，功率放大器的輸出可以表示為：
由式（3）和式(4)可以得到如下的結(jié)論：?
①式(1)中的奇次方項(xiàng)產(chǎn)生了輸出信號(hào)的奇階諧波頻率分量和交調(diào)頻率分量，其中奇階諧波頻率分量被濾除；?
②偶次方項(xiàng)除了產(chǎn)生直流分量外，還產(chǎn)生了偶階諧波頻率分量，但均被濾除；
③較高奇次方項(xiàng)對(duì)較低階交調(diào)頻率分量均有貢獻(xiàn)。?
如果我們?cè)诜糯笃鞯妮斎胄盘?hào)中加入適當(dāng)?shù)氖д嫘盘?hào)（如三階交調(diào)成分），使輸入信號(hào)預(yù)先發(fā)生失真，即：
其中:，φ1，φ2圖2設(shè)計(jì)方案是三階交調(diào)失真成分的幅度及相位。設(shè)計(jì)方案如圖2所示，其中，輸入的射頻信號(hào)被分裂成兩路：下通路信號(hào)被前饋到合成器(1)，與反饋回來的信號(hào)(經(jīng)延時(shí)和衰減)相加，然后經(jīng)過移相和放大，最后出來的是信號(hào)的失真成分；另一路直接饋到合成器(2)，與下通路饋來的失真成分相加。最后在功率放大器的輸入端得到輸入信號(hào)的失真成分。?
把式(5)代入式(1)，并令K=（為某一常數(shù)），則：
顯然，如果式(7)中的ρ，φ1和φ2選擇得當(dāng)，就可以使得三階交調(diào)產(chǎn)物相互抵消，從而使得功率放大器最終輸出的三階交調(diào)量為零。同樣地，如果我們采用五階交調(diào)產(chǎn)物作為輸入信號(hào)的預(yù)失真成分，適當(dāng)調(diào)節(jié)其幅度和相位，也可以使得功率放大器最終輸出的五階交調(diào)量幾乎為零。值得注意的是，在圖2中并沒有使用非線性器件作為預(yù)失真器，此外，產(chǎn)生預(yù)失真成分所使用的是三階交調(diào)量，與文獻(xiàn)使用的諧波成分是不同的。?
2 計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果?
用式（1）對(duì)一工作在800 MHz的功率放大器的傳輸特性進(jìn)行逼近，擬合出該功率放大器的傳輸特性，其相應(yīng)的曲線如圖3所示。?
然后通過計(jì)算機(jī)仿真，得到功率放大器輸出的功率譜。仿真結(jié)果表明，這種方法是比較有效的，降低三階交調(diào)量(IMD3)超過34 dBm。圖4和圖5分別表示沒有預(yù)失真改善措施時(shí)功率放大器的功率譜和采用預(yù)失真改善措施后功率放大器的功率譜。應(yīng)注意到，通帶外的諧波成分經(jīng)濾波器濾波后幾乎被完全慮除，故在分析時(shí)不作考慮。?
3 結(jié)論 ?
理論分析和計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果均表明，通過前饋和反饋得到輸出信號(hào)的交調(diào)失真成分，正確調(diào)節(jié)其幅度和相位，并把他作為輸入信號(hào)的預(yù)失真成分，經(jīng)過功率放大器的非線性作用后，確實(shí)可以改善交調(diào)量的性能。該方法可以和文獻(xiàn)一樣降低IMD3超過34 dBm。此外，該方法使用的并不是直接的反饋法，而是通過反饋和前饋得到信號(hào)的失真成分，所以保證了增益不下降，這由仿真圖也可以得到證明。
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