一種用于射頻功率放大器的新型預失真器的設計

摘要：預失真技術是功率放大器線性化的主要技術之一。分析了傳統預失真器不能消除其輸出端所產生雙音基頻分量的特點，提出一種新的預失真器，并利用它改善射頻功率放大器的非線性失真。仿真結果表明，該方法可以明顯改善射頻功率放大器的三階交調非線性失真。
關鍵詞：非線性失真；射頻功率放大器；消基頻；預失真器；ADS

O 引言
射頻功率放大器是距離最靠近發射天線的重要一環，被廣泛應用與各種無線發射設備中。射頻功率放大器的指標主要有：線性度、效率、噪聲系數等，其中最關心的是其線性度和效率。隨著無線用戶數目的增多，寬帶通信業務的發展，通信頻段變得越來越擁擠，為在有限的頻譜范圍內容納更多的通信信道，需采用頻譜利用率更高的調制技術。但由于放大器的非線性，信號的包絡波動會產生非線性失真。這就對射頻功率放大器的線性度提出了更高的要求。
傳統的改善射頻功率放大器非線性失真的方法有：前饋、負反饋和預失真。前饋線性化技術需要額外的輔助功率放大器和較復雜的控制電路且體積大、價格昂貴。負反饋技術的方法降低了放大器的增益，且只能使放大器在很窄的頻帶內穩定工作，僅適用于窄帶通信系統。預失真技術是目前最常用的線性化技術之一。其電路實現簡單、工作穩定、成本低、工作頻帶寬、易于集成且直流功率高。本文將介紹一種新型預失真器的設計方案，并運用ADS2008U1對電路進行仿真分析。結果表明，該方案能夠很好地改善功率放大器的非線性失真。

1 預失真線性化技術的工作原理
預失真是在功率放大器前端增加一個非線性電路用于補償功率放大器的非線性失真，基本原理如圖1所示。預失真器實質上就是一個非線性發生器，通過控制非線性發生器，使其輸出與射頻放大器的非線性特性在幅度上相同、相位上相反，來抵消射頻功率放大器的非線性，從而提高功放的線性度，使功放獲得線性化輸出。根據預失真器所處的位置，可將預失真技術分為射頻預失真、中頻預失真和基頻預失真三類，本文主要討論射頻預失真技術。

傳統的預失真技術的原理框圖，如圖2所示。


它的不足之處在于，當輸入信號進入預失真器之后，在其輸出端不僅有用來補償射頻功放非線性特性的非線性失真信號，而且還有殘余的基頻分量，根據預失真技術的原理可知，這部分殘余基頻信號是與射頻功放中的基頻信號相位相反的。故在改善功放非線性特性的同時，其輸出功率也受到一定程度的削弱。

2 新型預失真器的設計
本文采用一種電橋形式的同向平行二極管對預失真器，預失真模型見圖3。


2．1 預失真器模型
用90°電橋網絡來完成信號的處理和匹配功能，電橋0°通路上的電容可補償二極管對的電抗分量，彌補相位失真。采用90°電橋還可以保持輸入／輸出阻抗特性的良好匹配。