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射频功放根本线性化技能的原理与办法

作者:雷火电竞网来源:雷火电竞网浏览:4次更新:2021-06-25 17:29:19

  射频功率扩大器的非线性失真会使其发生新的频率重量,如关于二阶失真会发生二次谐波和双音拍频,关于三阶失真会发生三次谐波和多音拍频。这些新的频率重量如落在通带内,将会对发射的信号形成直接搅扰,假如落在通带外将会搅扰其他频道的信号。

  功率扩大器是现代通讯中一个重要的元件,现代通讯体系趋向于运用线性调制办法,这就要求射频体系具有很好的线性特性,因而,对功放的输出进行线性化成为现代通讯中一个重要的课题。

  在现代无线通讯体系之中,射频前端部件关于体系的影响起到了至关重要的效果。跟着科技的前进,射频前端元件如低噪声扩大器(LNA)、混频器(Mixer)、功率扩大器(PA)等都现已集成到一块收发器之中,但其间对功用影响最大是功率扩大器。功率扩大器是一种将电源所供给的能量供给给沟通讯号的器材,使得无线信号能够有效地发射出去。依据功率扩大器的剖析模型(泰勒级数模型),可知到当输入信号的起伏很小的时分,关于功率扩大器的非线性特性影响较小。但当输入信号的起伏比较大的时分,就会对功率扩大器的非线性度发生很大的影响,所以说对功率扩大器的非线性功用发生影响的要害因素便是输入信号起伏的增强而且不断地改动。跟着无线用户数量人数的不断添加,有限的通讯频段变得越来越拥堵。为了进步频谱的运用功率,线性化调制技能技能比方正交起伏调制(QAM)、正交相位键控(QPSK)、正交频分复用(OFDM)就在现代的无线通讯之中就被广泛的运用,由于这几种技能的频谱运用率更高。可是这些线性化调制技能都是包络调制信号,这就必然会引进非线性失真的问题。通讯体系中的许多有源器材都是非线性器材,一旦包络调制信号通过该体系时,就会发生非线性失真,谐波的频段许多时分会影响到相邻的信道中的信号,会对体系发生必定程度的搅扰,因而高功率高频率的射频发射体系的输入信号也有必要操控在必定的起伏规模以内。关于那些包络改动的线性化调制技能就有必要选用线性发射体系。可是发射体系中非线性最强的器材是功率扩大器,一起发射体系都要求有尽量高的发射功率,所以为了功率,射频功放根本都作业在非线性状况,所以怎么进步功率扩大器的线性度就显得反常要害。现在整个通讯范畴,射频功率扩大器的线性化技能已成为一个越来越重要的研讨范畴。

  射频功率扩大器的非线性失真会使其发生新的频率重量,如关于二阶失真会发生二次谐波和双音拍频,关于三阶失真会发生三次谐波和多音拍频。这些新的频率重量如落在通带内,将会对发射的信号形成直接搅扰,假如落在通带外将会搅扰其他频道的信号。为此要对射频功率扩大器的进行线性化处理,这样能够较好地处理信号的频谱再生问题。

  射频功放根本线性化技能的原理与办法不外乎是以输入RF信号包络的振幅和相位作为参阅,与输出信号比较,然后发生恰当的校对。现在己经提出并得到广泛运用的功率扩大器线性化技能包含,功率回退,负反应,前馈,预失真,包络消除与康复(EER),运用非线性元件进行线性扩大(LINC)。较杂乱的线性化技能,如前馈,预失真,包络消除与康复,运用非线性元件进行线性扩大,它们对扩大器线性度的改进效果比较好。而完结比较简略的线性化技能,比方功率回退,负反应,这几个技能对线性度的改进就比较有限。

  这是最常用的办法,即选用功率较大的管子作小功率管运用,实际上是以献身直流功耗来进步功放的线性度。

  功率回退法便是把功率扩大器的输入功率从1dB紧缩点(扩大器有一个线性动态规模,在这个规模内,扩大器的输出功率随输入功率线性添加。跟着输入功率的持续增大,扩大器逐渐进入饱满区,功率增益开端下降,一般把增益下降到比线dB时的输出功率值界说为输出功率的1dB紧缩点,用P1dB表明。)向后回退6-10个分贝,作业在远小于1dB紧缩点的电平上,使功率扩大器远离饱满区,进入线性作业区,然后改进功率扩大器的三阶交调系数。一般状况,当基波功率下降1dB时,三阶交调失线dB。

  功率回退法简略且易完结,不需求添加任何附加设备,是改进扩大器线性度卓有成效的办法,缺陷是功率大为下降。别的,当功率回退到必定程度,当三阶交调制到达-50dBc以下时,持续回退将不再改进扩大器的线性度。因而,在线性度要求很高的场合,彻底赖功率回退是不行的。

  预失真线性化技能,它的长处在于不存在安稳性问题,有更宽的信号频带,能够处理含多载波的信号。预失真技能本钱较低,由几个细心选取的元件封装成单一模块,连在信号源与功放之间,就构成预失真线性功放。手持移动台中的功放已选用了预失真技能,它仅用少数的元件就下降了互调产品几dB,但却是很要害的几dB。

  预失真技能分为RF预失真和数字基带预失真两种根本类型。RF预失真一般选用模仿电路来完结,具有电路结构简略、本钱低、易于高频、宽带运用等长处,缺陷是频谱再生重量改进较少、高阶频谱重量抵消较困难。

  数字基带预失真由于作业频率低,能够用数字电路完结,适应性强,而且能够通过添加采样频率和增大量化阶数的办法来抵消高阶互调失真,是一种很有发展前途的办法。这种预失真器由一个矢量增益调理器组成,依据查找表(LUT)的内容来操控输入信号的起伏和相位,预失真的巨细由查找表的输入来操控。矢量增益调理器一旦被优化,将供给一个与功放相反的非线性特性。抱负状况下,这时输出的互调产品应该与双音信号通过功放的输出起伏持平而相位相反,即自适应调理模块便是要调理查找表的输入,然后使输入信号与功放输出信号的不同最小。注意到输入信号的包络也是查找表的一个输入,反应途径来取样功放的失真输出,然后通过A/D改换送入自适应调理DSP中,然后来更新查找表。

  数字预失真技能是指在通讯体系的基带部分完结信号预失真的功用,以得到能够满意功率扩大器线性化目标。在数字预失真技能中DSP、FPGA(FieldProgrammableGateArray)芯片是预失真体系的首要组成部分。调制信号通过预失真器得到失真信号,失真信号通过D/A转换器变成模仿信号,模仿信号被调制到RF载波信号上,终究进入RF功率扩大器,得到线性化输出。RF功率扩大器的输出被定向耦合器提取一部分,通过解调后返回到基带部分,该信号通过A/D转换器变成数字信号,该信号是用来调理预失真的功用,使得输出信号的线性化愈加可观。

  模仿预失真技能的完结有多重办法。如串联二极管预失真器,它首要有一个肖特基二极管并联一个电容来完结的。这种结构能够在低电压偏置下取得正的起伏和负的相位。通过调理偏压和电容来完结预失真器的功用,然后使得预失真器的非线性与扩大器的非线性彻底相反。但其对线性度改进并不显着,不过却是一种低本钱的简略可行的办法。此外还有并联二极管预失真器。别的选用变容二极管完结预失真功用也是一种常用的办法,该办法首要有两部分功用区改进功率扩大器的线性度。变容二极管是用来补偿功率扩大器的AM-PM效应,而为了补偿功率扩大器的AM-AM效应,该预失真器引进了二阶谐波操控技能。该技能比起简略的串、并联二极管技能,它的插入损耗要低许多。该技能运用于砷化镓场效应单管功率扩大器变容二极管能够对GaAsFET输入端进行容性补偿,意图在于消除功率扩大器的AM-PM效应。选用二阶谐波注入技能补偿了功率扩大器的AM-AM非线性特性。这样就能够很好的消除AM-PM、AM-AM效应,然后使功率扩大器的线性度有所改进。别的还有比方场效应管预失真器,谐波预失真器,二极管反向平行对的预失真器等模仿预失线、前馈

  前馈技能来源于“反应”,应该说它并不是什么新技能,早在二三十年代就由美国贝尔实验室提出来的。除了校准(反应)是加于输出之外,概念上彻底是“反应”。前馈线性扩大器通过耦合器、衰减器、组成器、延时线、功分器等组成两个环路。射频信号输入后,经功分器分红两路。一路进入主功率扩大器,由于其非线性失真,输出端除了有需求扩大的主频信号外,还有三阶交调搅扰。从主功放的输出中耦合一部分信号,通过环路1抵消扩大器的主载频信号,使其只剩下反相的三阶交调重量。三阶交调重量经辅佐扩大器扩大后,通过环路2抵消主扩大器非线性发生的交调重量,然后了改进功放的线性度。

  前馈技能既供给了较高校准精度的长处,又没有不安稳和带宽受限的缺陷。当然,这些长处是用高本钱换来的,由于在输出校准,功率电平较大,校准信号需扩大到较高的功率电平,这就需求额定的辅佐扩大器,而且要求这个辅佐扩大器自身的失真特性应处在前馈体系的目标之上。

  前馈功放的抵消要求是很高的,需取得起伏、相位和时延的匹配,假如呈现功率改动、温度改动及器材老化等均会形成抵消失灵。为此,在体系中考虑自适应抵消技能,使抵消能够跟得上表里环境的改动。

  LINC(LinearamplificationwithNonlinearComponents)线年提出的。LINC技能愈加合适起伏和相位一起改动的调制技能。LINC技能把带通输入信号分红两个只有恒包络信号Sl、S2。可是它们的相位却是改动的。这两个恒包络信号别离通过上下支路的功率扩大器,别离扩大后再进行组成,就能够完结输入信号的扩大功用。信号别离是运用DSP来完结完结的。当信号被别离今后,通过扩大器扩大后,再通过组成器组成,终究在输出端得到输入信号的扩大信号。其间比较难操控的是,怎么使两个扩大器支路做到彻底匹配,而且有着相同的相位和增益特性。关于相位相同的信号能够进行相加,而关于相位相反的信号能够做到相减,也便是能够做到彼此抵消。

  CALLUM(CombinedAnalogue.LockedL00pUniversalModulator)是一种来源LINC的技能。CALLUM技能选用笛卡儿反应,输出信号被反应回去,运用QAM下变频为正交信号别离与基带的正交信号重量进行比较。由于LINC在其支路上很难完结增益和相位的彻底匹配,所以对失真信号的消除改动不行显着。而CALLUM受限于其反应结构,只能在窄带通讯体系中运用。通过功率扩大器输出后进行组成,正是这种组成使得功率和功率大大消减。在当今的线性化技能中,各个技能都有其的优缺陷,为了补偿技能自身的缺陷,一般能够把几种技能结合起来,到达扬长避短的效果。比方就有包络反应预失真、RF反应与前馈结合等技能的诞生。

  EER技能中射频输入信号的起伏和相位分隔,相位信号通过非线性功率扩大器。此类扩大器作业在开关状况,故从理论上来讲会有100%的功率。相同,起伏信号在被扩大之前能够从射频输入信号别离出来。而在信号被扩大的过程中,包络信号又能够康复到载波信号中,这是依据射频功率扩大器的偏置电压做到的。起伏信号和相位信号在时刻的要求方面要尽量共同。针对这一问题,故在相位信号支路参加延时线,力求依据操控该线的长短来满意上述要求。当然EER技能自身也存在缺陷。如前面所描绘的那样,当包络康复到载波信号时,是依据调理射频功率扩大器的偏置电压来完结完结的,其实调理漏极电压来校对扩大器的输出信号的起伏时,相位自身也在改动。这样就会把有用信号的频谱延伸,然后消弱了射频功率扩大器的线性度。别的,包络康复反应环路的动态规模也比较小。

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