基于功率檢測自適應的前饋功放設計

摘要：分析了常用雙環自適應前饋電路在屏蔽和寬帶頻率兼顧等地方的缺陷，設計了一個功率檢測自適應電路。功率檢測自適應應用于前饋系統第一極環路，通過MCU監控電壓檢測值，自動調節第一環路的移相、調幅矢量調節器，改變相位、幅度參數，以達到環路抵消最好，保證在功率與頻率不斷變化的情況下，誤差信號提取時刻都保持最純凈。仿真結果顯示，在輸出125W的GSM前饋系統中，可使其IMD3小于-65dBc。
關鍵詞：前饋電路；功率檢測；自適應電路；三階交調

0 引言
隨著現代無線通信的迅速發展，射頻功率放大器朝著大功率，高效率與高線性的方向發展而目前引起功率放大器的非線性的因素主要有以下兩點：工作于甲乙類狀態的大功率LDMOS的應用越來越廣泛；非線性器件的引入，多載波技術的應用都將使輸出信號產生交調失真。因此，在設計射頻功率放大器時，線性度是需要考慮的關鍵指標。目前常用的線性化技術有功率回退、預失真技術(APD／DPD)、前饋技術(FF)等。其中，功率回退技術能一定程度的改善窄帶信號的線性度；而預失真技術通過反饋信號對失真信號進行校準，對線性度有較大的改善；前饋技術，由于其采用兩個環路精確抵消，能較好地改善線性指標，而且不受帶寬限制，所以在線性化方面有較大優勢，但效率較低。本文首先簡述了一般前饋線性化技術自適應方面的缺陷，而后在此基礎上進行改進，添加了自適應算法，并通過功率檢測自適應電路對誤差提取信號進行改善，從而達到改善輸出信號線性度的目的。

1 自適應前饋控制原理
前饋電路系統相比其他線性化技術較為復雜，其原理主要是通過移相器和矢量調幅器的調節來實現兩個環路的抵消；因此，要在功率和頻率不斷變化的情況下實現精確的抵消，在前饋系統中必須加入自適應電路。前饋系統的兩個環路分為信號抵消環路和誤差抵消環路。為了確保兩個環路均能達到較好的抵消效果，一般情況下第一環和第二環均要加入自適應控制。目前應用于前饋系統中的自適應方法主要有直接信號相關檢測法，導頻檢測和最小功率檢測。本文主要是介紹在第一環最小功率檢測法的實際應用中做出的幾點改進，如圖1所示，在傳統的前饋系統中第一環和第二環均使用到最小功率檢刪法。
從圖1中可以看出，第一環最小功率檢測放在功分器2后面，此處功率檢測芯片一般使用比較經典的AD8362，通過其檢測到的功率值判斷主信號是否完全被抵消。主信號完全被抵消才意味著誤差信號提取最純凈。

在理論上認為輸入信號是純凈的，在功分器1后一路信號經過主放大后經過耦合器，一路信號經過無源器件(功分器、延時線等)延時后，在合成器1處進行抵消，將抵消的信號送到功率檢測器，這樣通過功率檢測器檢測到的功率就可以判斷當前抵消狀態，然后調節移相器和矢量調幅器后與之前檢測到的信號功率進行比較，當檢測到的功率最小時說明環路抵消最好，這時的電路參數值就是當前環境下電路的最優參數。另外導頻法也是前饋系統中一種常用的自適應方法。導頻是在電路中引入一個適當功率大小的導頻信號，導頻信號進入前饋系統以后將被看作一個失真信號而得到一定程度的抵消，如果導頻信號通過前饋系統后被完全抵消了，那么由放大器產生的非線形失真信號也會被前饋系統最大程度的壓縮，但是導頻信號法不僅電路系統和控制程序復雜，而且還會引入新的交調失真，所以應用起來也較有難度。