一种新的用于射频功率放大器的预失真器

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  &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 在各种射频功率放大器线性化技术中，前馈技术有很高的线性度和带宽，但是其电路结构复杂，成本昂贵，而且效率低，他主要用于大功率放大器中，在直放站中，预失真技术就有一定优势，他的成本低，功耗小、电路结构简单。在机失真RF功率放大器中，放大器性能的好坏主要取决于预失真器的特性。好的预失真器可以大大提高功率放大器的线性度，更好地抑制频谱再生。本文研究了一种能够分别产生IM3和IM5的预失真器，他能很好地改善3阶和5阶交调分量。&nbsp;<br /><br /><strong>1 预失真器的电路结构</strong> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 基本的谐波发生器电路如图1所示。 </p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; <img style="WIDTH: 250px; HEIGHT: 140px" height="140" alt="基本的谐波发生器电路" hspace="0" src="http://www&#46;mcu123&#46;com/news/Article/UploadFiles/200609/200691423232328&#46;jpg" width="250" border="0" resized="0" /></p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 这个谐波发生器由2个具有相同特性的肖特基二极管（本文采用Skyworks公司的SMS3922）、电容、电阻和180°3dB电桥耦合器组成。2个二极管加有不同的偏置电压，使其工作在不同的非线性区，以产生失真信号。电容电阻吸收一定带内信号，设在谐波发生器的输入端加等副的双音信号Vi：</p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Vi＝Acosω1t＋Acosω2t （1）</p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 其中：A是双音信号的幅值；ω1，ω2是双音信号的频率且ω1≠ω2。并假设谐波发生器的非线性传输函数为y＝f（x），输出为V0。即：V0＝f（Vi）。将其展开成幂级数的形式为： </p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; <img height="126" src="http://www&#46;mcu123&#46;com/news/Article/UploadFiles/200609/200691423232446&#46;jpg" width="350" border="0" resized="0" /></p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 通过控制二极管偏置电压，即可适当调节式（2）中的系数bi（i＝1，2，3…），从而使式（2）能够分别独立地产生IM3和IM5信号，在预失真线性化电路中，采用2个谐波发生器，一路用于产生IM3信号，另一路用于产生IM5信号。这样就可以分别控制RF功率放大器所产生的3阶交调和5阶交调分量。 </p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 在ADS中对图1的电路进行双音测试仿真。调节各二极管的偏置电压，即可在输出端产生所要的IM3和IM5。仿真结果分别如图2（a）和（b）所示。从仿真结果可以看到，输出端还含有基频成分，为了将基频成分对消掉，还要对图1的电路进行改进，加一路对消电路。在输入端加一功分器，一路接基本的谐波发生器，另一路通过衰减器和相移器调节后，再与基本的谐波发生器的输出经过合路器合成，如图3所示。</p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; <img style="WIDTH: 260px; HEIGHT: 398px" height="398" alt="仿真结果" hspace="0" src="http://www&#46;mcu123&#46;com/news/Article/UploadFiles/200609/200691423232547&#46;jpg" width="260" border="0" resized="0" /><br />&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; <img style="WIDTH: 260px; HEIGHT: 140px" height="140" alt="谐波发生器" hspace="0" src="http://www&#46;mcu123&#46;com/news/Article/UploadFiles/200609/200691423233956&#46;jpg" width="260" border="0" resized="0" /></p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 适当调节衰减器和相移器，使得上一支路的基频信号和谐波发生器输出端的基频信号，在幅度上相等，而相位相差180°，从而就可以将基频信号对消掉。仿真结果如图4（a）和（b）所示。 </p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; <img style="WIDTH: 260px; HEIGHT: 389px" height="389" alt="仿真结果" hspace="0" src="http://www&#46;mcu123&#46;com/news/Article/UploadFiles/200609/200691423234524&#46;jpg" width="260" border="0" resized="0" /></p><p><strong>2 试验结果</strong> </p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 为了验证本文研究的预失真器的有效性，将该预失真器应用于5W CDMA射频功率放大器中，并在ADS中进行双音测试仿真，仿真电路框图如图5所示。</p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; <img style="WIDTH: 320px; HEIGHT: 180px" height="180" alt="仿真电路框图" hspace="0" src="http://www&#46;mcu123&#46;com/news/Article/UploadFiles/200609/200691423235270&#46;jpg" width="320" border="0" resized="0" /></p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 本仿真试验中，主功放采用的是Freescale公司的MRF9045射频器件，矢量调节器由衰减器和相移器组成，用于调节失真信号的幅度和相位，使其与主功放产生的三阶和五阶交调分量在幅度上相等，而相位相差180°，以便最大限度地对消三阶和五阶交调分量。在ADS中进行双音谐波平衡仿真（2－Tone HB），以测试功率放大器的线性度。在不加预失真情况下，在该放大器输出功率是5W时，失真较大，双音交调IMD3和IMD5分别如图6（a）所示。当采用本文中的预失真技术后，IMD3和IMD5得到明显改善，如图6（b）所示。 </p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; <img style="WIDTH: 350px; HEIGHT: 440px" height="440" alt="imd3和imd5对比" hspace="0" src="http://www&#46;mcu123&#46;com/news/Article/UploadFiles/200609/200691423235778&#46;jpg" width="350" border="0" resized="0" /></p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 从仿真结果可以看到，在采用本文中的预失真技术后，IMD3和IMD5分别改善了14dBc和9dBc。 <br /><br /><strong>3 结语</strong></p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 在仿真试验中证实了本文预失真器的有效性。将其用于5W CDMA射频功率放大器中，双音测试表明，IMD3和IMD5得到明显改善，分别改善了14dBc和9dBc。 </p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 本文介绍的用谐波发生器实现预失真的线性化技术，由于靠调节两个二极管的偏置电压，使其分别产生IM3和IM5，因此很容易作为自适应的控制端，运用自适应算法进行更准确的调节，使得IM3和IM5有更好的改善。</p>