1、一種改善射頻功率放大器非線性的預失真法        摘  要：提出了一種改善射頻功率放大器非線性的新的預失真法。該方法沒有前饋法復雜，也克服了反饋法增益下降的缺點。首先分析功率放大器的傳輸特性進行，并從冪級數的展開式中得到方便分析的結論；然后通過對方案中參數的分析，找到能夠改善功率放大器非線性的辦法；最后給出了計算機模擬實驗結果。實驗結果表明，用該方法改善功率放大器的非線性比較有效，可以使IMD3的功率電平至少下降34 dBm。    關鍵詞：RF功率放大器；預失真法；交調

2、；交調失真    隨著通信技術的發展，特別是第三代通信系統的開發應用及藍牙技術的研發涌現，要求射頻（RF）或微波功率放大器(PA)有很好的線性特性，而用來表示線性特性的參數往往是三階交調產物的功率電平。這是由于功率放大器是一種非線性器件，不管其工作在線性區（即弱非線性區）還是在非線性區（即強非線性區），都會產生非線性產物，只不過工作在線性區時，非線性產物功率電平較低，一般只考慮其三階交調量即可；而當其工作在或接近1 dB增益壓縮點時，其非線性產物功率電平就很高，此時，五階交調量（IMD5）甚至七階交調量(IMD7)都必須予以考慮。   

3、; 對于應用在基站和手機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產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，反饋法和預失真法1等。其中，反饋法是出現較早的一種方法，但由于反饋法采用了閉環反饋的結構，以至使功率放大器的增益下降2，而前饋法又過于復雜，若其各相消環均采用了下變頻轉換器還會使系統不穩定3。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器或下變頻轉換器，故較笛卡兒反饋法4和中頻反饋法5簡單，易于調試。1  基本原理    以下分析均假定功率放大器工

4、作在弱非線性區。我們假設功率放大器的非線性特性可以用下述無窮項的冪級數描述：(1)    其中vi(t)為功率放大器的輸入信號,vo(t)是功率放大器的輸出信號，如圖1所示5。    若輸入為雙頻等幅信號，即：    其中12，那么，功率放大器的輸出可以表示為：    由式（3）和式(4)可以得到如下的結論：    式(1)中的奇次方項產生了輸出信號的奇階諧波頻率分量和交調頻率分量，其中奇階諧波頻率分量被濾除；   

5、 偶次方項除了產生直流分量外，還產生了偶階諧波頻率分量，但均被濾除；    較高奇次方項對較低階交調頻率分量均有貢獻。    如果我們在放大器的輸入信號中加入適當的失真信號（如三階交調成分），使輸入信號預先發生失真，即：其中:，1，2圖2設計方案是三階交調失真成分的幅度及相位。設計方案如圖2所示，其中，輸入的射頻信號被分裂成兩路：下通路信號被前饋到合成器(1)，與反饋回來的信號(經延時和衰減)相加，然后經過移相和放大，最后出來的是信號的失真成分；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

6、號的失真成分。     把式(5)代入式(1)，并令K=（為某一常數），則：    顯然，如果式(7)中的，1和2選擇得當，就可以使得三階交調產物相互抵消，從而使得功率放大器最終輸出的三階交調量為零。同樣地，如果我們采用五階交調產物作為輸入信號的預失真成分，適當調節其幅度和相位，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失真器，此外，產生預失真成分所使用的是三階交調量，與文獻6使用的諧波成分是不同的。2  計算機仿真結果    用

7、式（1）對一工作在800 MHz的功率放大器的傳輸特性進行逼近5，擬合出該功率放大器的傳輸特性，其相應的曲線如圖3所示。    然后通過計算機仿真，得到功率放大器輸出的功率譜。仿真結果表明，這種方法是比較有效的，降低三階交調量(IMD3)超過34 dBm。圖4和圖5分別表示沒有預失真改善措施時功率放大器的功率譜和采用預失真改善措施后功率放大器的功率譜。應注意到，通帶外的諧波成分經濾波器濾波后幾乎被完全慮除，故在分析時不作考慮。3  結論     理論分析和計算機模擬結果均表明，通過前饋和反饋得到輸出信號的交調失真成分，正確調

8、節其幅度和相位，并把他作為輸入信號的預失真成分，經過功率放大器的非線性作用后，確實可以改善交調量的性能。該方法可以和文獻6一樣降低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。參考文獻1Kenington Peter B.High Linearity RF Amplifier DesignISBN 1-58053-143-1，20002Kathleen Muhonen，Mohsen Kavehdrad.Amplifier Linearization for the Local Multipo

9、it Distribution System Application.Center for Information and Communications Technology Research(CICTR)3Improved Performance of MCPAs using Adaptive LinearizationTechnologPowerwave Technologies.Inc.，19994Boloorian M， McGeehan JThe Frequency-Hopped Cartesian FeedbackLinear Transmitter.IEEE.Tran.on Vehicular Tech，1996，45(4)：6887065Steve Cripps C.RF Power Amplifiers for Wireless Communication.ISBN 0-89006-989-1，19996Colin Altchison S,Modeste Mbabele,Reza Moazzam M，et al.Improvement