基于分段預(yù)失真線性化技術(shù)的AB類功放仿真設(shè)計(jì)

1、基于分段預(yù)失真線性化技術(shù)的AB類功放設(shè)計(jì)1 AB類功放的設(shè)計(jì)指標(biāo)22 仿真平臺(tái)23 功放模塊的設(shè)計(jì)與仿真33.1 AB類功率放大器仿真設(shè)計(jì)33.1.1 直流分析33.1.2 功放穩(wěn)定性43.1.3 負(fù)載牽引LoadPull和源牽引SourcePull63.2 匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)113.2.1 輸入匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)11輸出匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)123.3 整體分析134 功率放大器的非線性154.1 輸出特性分析154.2 線性化技術(shù)165 預(yù)失真模塊的設(shè)計(jì)與仿真165.1 預(yù)失真原理165.2 預(yù)失真放大器的分段線性化17分段線性化背景175.2.2 原理及模型框圖185.3 仿真模塊簡(jiǎn)介185.4 仿真結(jié)果分析

2、196結(jié)論23近年來(lái)，在無(wú)線通信領(lǐng)域中，為在有限的頻譜范圍內(nèi)容納更多的通信信道，提高頻帶利用的有效性，需要采用利用率更高的線性調(diào)制方式，如QPSK、16QAM等。這些正交調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)不是恒定的，包絡(luò)的起伏經(jīng)功率放大器后，產(chǎn)生交調(diào)失真，從而使功率放大器的輸出信號(hào)產(chǎn)生頻譜再生。這就對(duì)發(fā)射通道提出了更高的線性要求，而發(fā)射信道的非線性主要由功率放大器造成的，因此追求更高的頻譜利用率就必須保證發(fā)信通道和射頻末級(jí)放大器工作在線性區(qū)，線性化技術(shù)正是順應(yīng)這一要求而產(chǎn)生的。射頻功率放大器的線性化技術(shù)包括：負(fù)反應(yīng)、前饋和預(yù)失真等，其中預(yù)失真技術(shù)具有本錢低、功耗小、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，特別適用于直放站等較低功率的

3、線性放大器。在預(yù)失真射頻功率放大器中，放大器性能的好壞主要取決于預(yù)失真器的特性，好的預(yù)失真器可以大大提高功率放大器的線性度，更好地抑制頻譜再生。本文分析的是CREE公司的CGH40010F芯片，工作頻率在1000MHz，通過(guò)Agilent公司的ADS2021射頻仿真軟件設(shè)計(jì)了AB類功率放大器，然后采用分段線性化技術(shù)設(shè)計(jì)仿真了預(yù)失真電路。1 AB類功放的設(shè)計(jì)指標(biāo)本設(shè)計(jì)功率放大器的技術(shù)指標(biāo)如下：輸出功率：32dBm輸入功率：21dBm中心頻率為1GHz功率附加效率PAE41%三階交調(diào)諧波抑制：32dB偏置電壓：，Vds=28V選用放大器：CGH40010F2 仿真平臺(tái)ADSEDA軟件全稱為Adva

4、nced Design System是美國(guó)Agilent公司開(kāi)發(fā)的用于電子自動(dòng)化設(shè)計(jì)的軟件；ADS功能十分強(qiáng)大，包含時(shí)域電路仿真SPICE-Like Simulation、頻域電路仿真Harmonic Balanee、Linear Analysis、三維電磁仿真EM simulation、通信系統(tǒng)仿真Communication System Simulation和數(shù)字信號(hào)處理仿真設(shè)計(jì)DSP；支持射頻和系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師開(kāi)發(fā)所有類型的RF設(shè)計(jì)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從離散的射頻/微波模塊到用于通信和航天/國(guó)防的集成MMIC，是當(dāng)今國(guó)內(nèi)各大學(xué)和研究所使用最多的微波/射頻電路和通信系統(tǒng)仿真軟件。3 功放模塊的設(shè)

5、計(jì)與仿真 AB類功率放大器仿真設(shè)計(jì)AB類放大器的偏置介于A類放大器與B類放大器之間。A類放大器在工作中可以對(duì)輸入的信號(hào)全部線性化。但A類功放的缺點(diǎn)是,首先效率低,一般不大于25%,大量電能變成熱能,在同功率情況下,電源供給常常比B類和AB類大得多。而且A類功放由于工作電流高,在同樣輸出功率時(shí)它的工作電源電壓主要低得多,因此它的輸出峰值電壓就受到限制,它的輸入電壓也受到輸出電壓的放大器放大系數(shù)的限制。B類功放的優(yōu)占是,效率很高,可到達(dá)75%以上,因此可以使用較小的功率管輸出較大功率,另外推挽電路對(duì)抑制偶次諧波有作用,以減低非線性失真。AB類的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于A類放大器而略低于B類放大器。AB類放大器

6、的偏置可以使工作于推挽工作方式的兩個(gè)晶體管的工作區(qū)間互有覆蓋。這樣,就可以對(duì)交越失真進(jìn)控制，因此AB類是對(duì)A類和B類的一個(gè)改良型。AB類(甲乙類)放大器在輸出低于某一電平時(shí)，兩個(gè)輸出器件皆導(dǎo)通，其狀態(tài)工作于A類(甲類)；當(dāng)電平增高時(shí)，兩個(gè)器件將完全截止，而另一個(gè)器件將供 給更多的電流。這樣在AB類(甲乙類)狀態(tài)開(kāi)始時(shí)，失真將會(huì)突然上升，其線性劣于A類(甲類)或B類(乙類)。所以需要進(jìn)行線性化處理。3.1.1 直流分析所謂直流分析，就是研究MOS管的柵極偏置電壓與漏極電流對(duì)于MOS管工作狀態(tài)的影響，即靜態(tài)工作點(diǎn)。當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，電路處于直流工作狀態(tài)，這些直流電流、電壓的數(shù)值在MOS管特性曲線上

7、表示為一個(gè)確定的點(diǎn)，設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的目的就是要保證MOS管的工作狀態(tài)。根據(jù)CREE公司提供的GaN HEMTs晶體管模型庫(kù)，在ADS2021軟件中加載CREE CGH40010F模型，并測(cè)試MOS管的直流特性曲線。如圖1所示的DC電路模型:圖1 DC仿真電路圖其中V_DC表示直流電源，I_Probe表示電流表，設(shè)定掃描的參數(shù)分別為漏極電壓VDS和柵極電壓VGS，測(cè)量在不同的柵極偏置電壓VGS-35V下，掃描漏極偏置電壓VDS056V對(duì)應(yīng)的漏極電流IDS，獲得一組關(guān)于MOS管CGH40010F靜態(tài)工作時(shí)的特性曲線，如圖2所示：圖2 DC仿真結(jié)果圖工程中給出的模型指標(biāo)如下：The Gate vol

8、tage is -3.0 Vg -1.5, with pinch off 2.9 Volts. Vd is valid from 28V to 48V。從圖1負(fù)載曲線可以看出此放大器工作在AB類，下面是對(duì)AB類的進(jìn)一步分析。固定VDC=28V，仿真隨著VGS的變化IDS電流的變化，在m1點(diǎn)，VGS=的時(shí)，IDS=28uA；在m2點(diǎn)，的時(shí)候，。兩點(diǎn)之間近似為線性的，所以中心點(diǎn)m3應(yīng)該在附近，此時(shí)取，VDC=28V，IDS=200mA這時(shí)的靜態(tài)偏置可以將CGH40010F功放管工作在AB類狀態(tài)。3.1.2 功放穩(wěn)定性射頻放大器的穩(wěn)定性問(wèn)題非常重要，是保證設(shè)備平安可靠運(yùn)行的必要條件。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，通

9、常會(huì)存在信號(hào)源阻抗或負(fù)載阻抗與射頻放大器網(wǎng)絡(luò)不匹配的情況，產(chǎn)生反射，有時(shí)產(chǎn)生自激，損壞設(shè)備。所以分析射頻放大器的穩(wěn)定性有很重要的意義。在放大器設(shè)計(jì)中改善穩(wěn)定性的措施通常是在輸入或輸出端參加有耗匹配網(wǎng)絡(luò)，這通常是以犧牲增益為代價(jià)換取穩(wěn)定性。但是，如果把有耗網(wǎng)絡(luò)參加輸出匹配網(wǎng)絡(luò)中，功放的輸出功率將會(huì)大大減小，這對(duì)于功率放大器來(lái)說(shuō)是極不可取的，本設(shè)計(jì)中對(duì)功放穩(wěn)定性測(cè)量電路圖如圖3所示，圖3為測(cè)量CGH40010F功放的穩(wěn)定性圖3 測(cè)量CGH40010F功放穩(wěn)定性電路圖這個(gè)仿真圖中ClassAB40010f模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示：圖4 ClassAB40010f模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖在仿真中采用自制的Clas

10、sAB40010f模型，此時(shí)仿真輸出功放的穩(wěn)定圖如圖5所示：圖5 仿真輸出的功放穩(wěn)定圖從圖5中可以看出，在180MHz6GHz之間后系統(tǒng)穩(wěn)定系數(shù)大于1，是穩(wěn)定的。這個(gè)的功放設(shè)計(jì)的工作中心頻率為1GHz，在180MHz6GHz之間，在此區(qū)間是穩(wěn)定的，下一步就是在穩(wěn)定的頻帶范圍內(nèi)仿真。3.1.3 負(fù)載牽引LoadPull和源牽引SourcePull功率放大器的輸出功率是最重要的指標(biāo)之一。為了讓有源器件輸出功率到達(dá)最大，微波功率放大器一般工作在大信號(hào)狀態(tài)下，表現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性特性，產(chǎn)生了一系列的失真。傳統(tǒng)的基于線性理論的小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)方式已經(jīng)不適用于微波功率放大器的設(shè)計(jì)。負(fù)載牽引(LoadPull

11、)是設(shè)計(jì)微波功放領(lǐng)域一種流行的設(shè)計(jì)方法，該方法可以在沒(méi)有大信號(hào)S參數(shù)的情況下，通過(guò)不斷變化負(fù)載阻抗(同時(shí)保證輸入阻抗匹配)，找到可以讓有源器件輸出功率最大的輸出阻抗，同理也可以找到有源器件輸出效率最高的輸出阻抗。在Smith圓圖上將相同的功率增益對(duì)應(yīng)的負(fù)載點(diǎn)連起來(lái)得到等增益圓，就能近似地反映待測(cè)電路所能夠提供的最大輸出效率和最大功率輸出。源牽引(SouxeePull)與負(fù)載牽引(LoadPull)相似，通過(guò)可調(diào)的測(cè)量設(shè)備測(cè)量在不同輸入阻抗條件下有源器件的輸出功率和效率，以獲得在最大輸出功率時(shí)的輸入阻抗與最高輸出效率時(shí)的輸入阻抗。負(fù)載牽引(LoadPull)設(shè)計(jì)許多年以來(lái)一直是射頻(RF)和微波

12、功率放大電路設(shè)計(jì)的支柱方法。負(fù)載牽引(LoadPull)對(duì)于大功率功放設(shè)計(jì)是必需的，尤其是對(duì)于寬頻帶、高效率等要求較高的設(shè)計(jì)，但負(fù)載牽引(LoadPull)系統(tǒng)的搭建很復(fù)雜，要求高，造價(jià)昂貴。隨著EDA技術(shù)的開(kāi)展，利用有源器件的非線性模型，進(jìn)行仿真負(fù)載牽引LoadPull)和源牽引(SourcePull)已成為功率放大器設(shè)計(jì)的新趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)中借助ADS軟件提供的電路模型，構(gòu)建負(fù)載牽引(LoadPull)和源牽引(SourcePull)網(wǎng)絡(luò)，測(cè)量在最大輸出效率和最大輸出功率條件下，功率放大器的最正確輸入阻抗與最正確輸出阻抗。源牽引SourcePull和負(fù)載牽引Loadpull采用迭代的牽引思想。

13、設(shè)i表示牽引的次數(shù)，Zo,i表示第i次負(fù)載牽引Loadpull得出的最正確輸出阻抗，ZI,i表示第i次源牽引Sourcepull得出的最正確輸入阻抗。測(cè)量時(shí)將第i次負(fù)載牽引Loadpull得到的最正確輸出阻抗Zo,i，帶入到第i+1次源牽引Sourcepull中，得到第i+1次最正確輸入阻抗ZI,i+1，再將ZI,i帶入第i+1次負(fù)載牽引Loadpull中，求得第i+1次最正確輸出阻抗Zo,i+1，如此反復(fù)屢次迭代屢次之后，就可以分別得到收斂的最大輸出功率與最大輸出效率對(duì)應(yīng)的輸入、輸出阻抗值，如圖12所示：Yesno將源阻抗帶入負(fù)載牽引 將負(fù)載阻抗帶入源牽引最大輸出功率時(shí)輸出阻抗最大輸出效率時(shí)

14、輸出阻抗源牽引最大輸出功率時(shí)輸出阻抗最大輸出效率時(shí)輸出阻抗是否收斂負(fù)載牽引最正確輸入、輸出阻抗圖12 迭代牽引方法流程圖負(fù)載牽引(LoadPull)與源牽引(SourcePull)的精度，與設(shè)定的范圍以及取得點(diǎn)的數(shù)目有關(guān)，經(jīng)過(guò)56次迭代牽引后，輸入與輸出阻抗開(kāi)始出現(xiàn)收斂。圖7所示的源牽引(SoureePull)局部與圖8所示的負(fù)載牽引(LoadPull)局部，在Smith圓圖上繪制兩種曲線，粗曲線表示功率放大器的等效率圓，細(xì)曲線表示功率放大器的等功率圓，其中PAE_step表示等效率圓之間的效率間隔，Pdel_step表示等功率圓的功率間隔，NumPAE_line表示繪制的等效率圓的個(gè)數(shù)，Nu

15、mPdel _line表示繪制的等功率圓的個(gè)數(shù)。設(shè)計(jì)中先進(jìn)行負(fù)載牽引得出最正確輸出阻抗，然后將最正確阻抗帶入源牽引仿真電路中，找到最正確源牽引輸入阻抗。源牽引(SourcePull)電路和負(fù)載牽引(LoadPull)的仿真電路分別如圖6和圖8所示。源牽引(SourcePull)電路與負(fù)載牽引(LoadPull)電路共分為兩個(gè)局部可調(diào)源與可調(diào)負(fù)載，其中可調(diào)源用于推動(dòng)待測(cè)電路，提供功率放大器所需要的功率增益，通過(guò)可調(diào)負(fù)載來(lái)測(cè)量在該增益條件下的輸出功率與輸出效率圖10與圖11中， Zlp_Eqn表示源牽引(sourcePull)中的源可調(diào)負(fù)載；S1P_Eqn表示負(fù)載牽引(LoadPull)中的可調(diào)負(fù)

16、載。設(shè)置平均輸入功率為24dBm，工作頻率為1GHz，漏極偏置電壓為28V，柵極偏置電壓為。對(duì)于源牽引SourcePull)設(shè)置S11的掃描中心S11_center=-0.5+j*0.0，掃描半徑S11_rho=0.7，掃描的點(diǎn)數(shù)為200個(gè)，特性阻抗為50。對(duì)于負(fù)載牽引(LoadPull)設(shè)置S11的掃描中心S11_center=-0.2，掃描半徑S11_rho=0.3，掃描的點(diǎn)數(shù)為100個(gè)，特性阻抗為50。當(dāng)設(shè)置為其他參數(shù)時(shí)，在后面的仿真過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。圖6 源牽引電路圖圖7 源牽引輸出結(jié)果從第一次源牽引結(jié)果可以看出，輸出的最大效率為55.1%，輸出的最大功率為43.09dBm，在本設(shè)計(jì)中

17、采用功率最大，故取功率最大時(shí)的阻抗帶入下一步的負(fù)載牽引。圖8 負(fù)載牽引電路圖圖9 負(fù)載牽引輸出結(jié)果圖負(fù)載牽引的目的是為了使功率輸出最大，通過(guò)反復(fù)迭代，最后得的源牽引和負(fù)載牽引的最終結(jié)果如圖10和圖11所示，反復(fù)得到的結(jié)果填入了表1。圖10 源牽引最終結(jié)果圖圖11 負(fù)載牽引最終結(jié)果圖表1 反復(fù)迭代次數(shù)及阻抗數(shù)據(jù)源牽引得功率最大的阻抗負(fù)載牽引得功率最大的阻抗116.982+j*22330.346+j*3通過(guò)表1的數(shù)據(jù)，可以得出，當(dāng)源端和負(fù)載端的阻抗分別為和時(shí)，可以得到這個(gè)功放的輸出功率為最大，故在其源端采用與50的阻抗匹配輸入電路和在負(fù)載端采用與50的阻抗匹配輸出電路。3.2 匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)放大器設(shè)

18、計(jì)中，輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)通常是用來(lái)防止有源器件(MOS管)與源、負(fù)載終端(約為50Ohm)在基波頻率處的失配。理論上要求匹配網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能在任何頻率上完全吸收從有源器件反射回來(lái)的信號(hào)，但實(shí)際上由于匹配網(wǎng)絡(luò)的帶寬有限，通常設(shè)計(jì)等同于基波信號(hào)的帶寬，故只能吸收此帶寬內(nèi)的反射信號(hào)，其它頻率信號(hào)必然會(huì)反射到源/負(fù)載端。.1 輸入匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)對(duì)于輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，濾波的作用要遠(yuǎn)大于構(gòu)建匹配網(wǎng)絡(luò)。為了設(shè)計(jì)一款具有良好性能的AB類功率放大器，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)是相當(dāng)重要的，其首要作用就是濾除干擾信號(hào)，減小干擾信號(hào)對(duì)于功率放大器性能的影響；其次，完成從50歐姆到輸入阻抗的匹配，減小輸入反射，提高輸出功率和效率。因此在設(shè)計(jì)中為

19、實(shí)現(xiàn)上述目的，將輸入匹配網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成為一個(gè)帶通濾波器。根據(jù)源牽引(SourcePull)測(cè)得最正確輸入阻抗為，采用共軛匹配的形式，實(shí)現(xiàn)功率放大器的最大功率輸出。由于本設(shè)計(jì)是在特定的頻率條件下，在設(shè)計(jì)阻抗匹配時(shí)同時(shí)可以設(shè)計(jì)成帶通濾波器的形式，以減少噪聲對(duì)有用信號(hào)的影響，因此采用了以下的電路形式進(jìn)行阻抗匹配。在SmithChart圓圖上進(jìn)行輸入阻抗匹配如圖13所示：圖13 輸入匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)圖通過(guò)Smith Chart分析得出的源端匹配電路圖如下列圖14所示圖14 源端匹配電路圖.2輸出匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)在輸出匹配過(guò)程中，完成從負(fù)載阻抗50ohm到輸出阻抗的匹配，根據(jù)源牽引(SourcePull)測(cè)得最正確

20、輸入阻抗為，采用共軛匹配的形式，實(shí)現(xiàn)功率放大器的最大功率輸出。在SmithChart圓圖上進(jìn)行輸出阻抗匹配如圖15所示：圖15 輸出阻抗匹配設(shè)計(jì)圖通過(guò)Smith Chart分析得出的負(fù)載匹配電路圖如圖16所示：圖16 負(fù)載端匹配電路圖 整體分析此時(shí)電路的輸入和輸出端都已經(jīng)匹配，將兩端都匹配的電路進(jìn)行整體分析是設(shè)計(jì)的最終目的，整體分析的仿真電路如圖17所示：圖17整體分析仿真電路圖圖18 仿真輸出結(jié)果圖當(dāng)中心頻率為1GHz時(shí)，從圖中可以得出S參數(shù)S(1,1)、S(2,2)和S(2,1)，從上面的參數(shù)可以看出可以滿足功放的要求，但是S(1,1)比擬大，還有待改良。輸入功率Pin=24dbm時(shí)，輸出

21、的諧波如圖19所示：圖19 仿真輸出諧波圖從圖19中可以看出，對(duì)三階交調(diào)的抑制在15dBm以上。最終的電路連接如圖20所示：圖20 最終電路圖此時(shí)基于CGH40010F的AB類功率放大器設(shè)計(jì)完成了，接下來(lái)利用功率放大器進(jìn)行分段線性化預(yù)失真的仿真分析。4 功率放大器的非線性 輸出特性分析當(dāng)放大器工作在非線性區(qū)內(nèi)時(shí)，不考慮放大器的記憶效應(yīng)，其非線性可用無(wú)窮項(xiàng)冪級(jí)數(shù)來(lái)描述： 1其中，Vin 為放大器的輸入信號(hào)，Vout是其輸出信號(hào)。假設(shè)輸入為等幅雙音信號(hào)：那么非線性放大器的輸出可以表示為： 2由于高階系數(shù)隨階次的增加而迅速減小，故可忽略不計(jì)；頻率為，等分量落在帶外，將被帶通濾波器濾除，故可不予考慮。

22、而頻率為 ， (三階交調(diào)分量)， (五階交調(diào)分量)將落在通帶內(nèi)，不會(huì)被帶通濾波器濾除，故為放大器產(chǎn)生的主要的非線性分量。因?yàn)槿A交調(diào)對(duì)功放的影響最大，此處僅對(duì)三階交調(diào)分量進(jìn)行討論，由此可將式(2)化簡(jiǎn)為 ： 3式中第一項(xiàng)為哪一項(xiàng)直流分量；第二項(xiàng)顯然是與輸入信號(hào)成線性關(guān)系的有用信號(hào)；第三項(xiàng)為三階交調(diào)分量，即為非線性失真的產(chǎn)物。 線性化技術(shù)當(dāng)前功率放大器的線性化技術(shù)目前應(yīng)用最多的是前饋、負(fù)反應(yīng)和預(yù)失真3種技術(shù)。他們結(jié)構(gòu)不同、各具特色。前饋型具有性能指標(biāo)高、線性化效果好、有效帶寬大等優(yōu)點(diǎn)，但由于存在對(duì)幅度和相位變化靈敏度過(guò)高的問(wèn)題，使得系統(tǒng)的線性化效果會(huì)隨著溫度、電壓和功率等因素的變化而變化。反應(yīng)型

23、采用了傳統(tǒng)的負(fù)反應(yīng)放大器原理，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方式多樣、本錢低廉等優(yōu)點(diǎn)，但其對(duì)線性度改善效果一般，且不適合工作于寬帶系統(tǒng)。相對(duì)于前兩種線性化技術(shù)，預(yù)失真技術(shù)具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作絕對(duì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，可適用于寬帶系統(tǒng)，故是一種具有應(yīng)用前景的線性化技術(shù)。5 預(yù)失真模塊的設(shè)計(jì)與仿真5.1 預(yù)失真原理預(yù)失真技術(shù)是在非線性放大器前參加一個(gè)輔助失真模塊，產(chǎn)生輔助失真，使輔助失真和放大器的非線性失真相互抵消，以獲得線性輸出如圖21所示。輸出輸入預(yù)失真器功放圖21 預(yù)失真原理圖通過(guò)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)念A(yù)失真器，使輸入信號(hào) Vi 經(jīng)過(guò)預(yù)失真器后的失真信號(hào) Vd 再輸入功率放大器，使輸出為線性輸出。預(yù)失真器的設(shè)計(jì)需要功率放大器的

24、非線性特性參數(shù)，預(yù)失真技術(shù)的主要工作就是通過(guò)一定算法直接或者間接地獲取放大器的非線性特性方法，然后利用所得的放大器參數(shù)對(duì)放大器的輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理，補(bǔ)償放大器的非線性失真使輸出為線性輸出，如圖22所示：+=圖22 預(yù)失真原理圖預(yù)失真可以在數(shù)字域基帶實(shí)現(xiàn)，也可以在模擬域基帶、中頻、射頻實(shí)現(xiàn)。5.2 預(yù)失真放大器的分段線性化分段線性化背景在采用恒包絡(luò)調(diào)制方法的系統(tǒng)中，放大器總是工作在飽和點(diǎn)附近，不需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率回退。在采用線性調(diào)制方法QPSK、4QPSK、QAM等的系統(tǒng)中，雖然信號(hào)包絡(luò)不是恒定的，但是其峰均比不是很高，所以只要對(duì)放大器做了線性化處理，可以在很小的功率回退情況下，就能到達(dá)很好

25、的效果。但是在像OFDM系統(tǒng)中，由于OFDM信號(hào)的峰均比值非常高，遠(yuǎn)大于其它信號(hào)，載波數(shù)越多，峰均比值越高，因此即使是對(duì)放大器做了很完美的線性化處理，由于放大器動(dòng)態(tài)范圍不夠，在不進(jìn)行功率回退或者只進(jìn)行很小的功率回退的情況下，性能很難到達(dá)要求。在OFDM系統(tǒng)中假設(shè)采用功率回退，功率回退值是比擬大的，這對(duì)輸入功率是一種嚴(yán)重的浪費(fèi)。要想不進(jìn)行功率回退或只進(jìn)行很小的功率回退。只能采用動(dòng)態(tài)范圍更大的放大器。但是就像上一節(jié)結(jié)尾提到的大動(dòng)態(tài)范圍的放大器造價(jià)昂貴又難以實(shí)現(xiàn)，需要尋找其它替代方法。5. 原理及模型框圖面對(duì)這樣的問(wèn)題，本文采用了分段線性化的方法。它的根本思想是：在不進(jìn)行功率回退或者只進(jìn)行很小的功率

26、回退的情況下，將需要放大的信號(hào)進(jìn)行切割，也就是分段，每一段由一個(gè)小動(dòng)態(tài)范圍的放大器來(lái)放大，最后將各放大器的輸出信號(hào)合成在一起。同時(shí)對(duì)每個(gè)小動(dòng)態(tài)范圍放大器進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)失真處理。如果分段線性化技術(shù)可行，那么就可以用多個(gè)小動(dòng)態(tài)范圍放大器聯(lián)合起來(lái)代替一個(gè)大動(dòng)態(tài)范圍放大器，這樣就解決了大動(dòng)態(tài)范圍放大器造價(jià)昂貴又難以實(shí)現(xiàn)，下面僅討論兩個(gè)放大管聯(lián)合使用的情況。其原理框圖如下圖：功放耦合器延時(shí)復(fù)雜增益調(diào)節(jié)器功分器合成器包絡(luò)檢波Work function功放復(fù)雜相關(guān)器圖23 預(yù)失真原理框圖5.3 仿真模塊簡(jiǎn)介1自適應(yīng)預(yù)失真系統(tǒng)，一般采用的如下兩種自適應(yīng)方法：一種是基于功率最小化的自適應(yīng)方法;一種是基于梯度信號(hào)算

27、法的自適應(yīng)方法。前者的控制方式是最小化功率放大器輸出的帶外頻率中的誤差信號(hào)。一旦優(yōu)化到最正確，再輸入外來(lái)的干擾，必須重新調(diào)整參數(shù)進(jìn)行，以此控制IMD到達(dá)最正確。后者的控制方式是通過(guò)持續(xù)計(jì)算估計(jì)三維的功率外表梯度。射頻預(yù)失真電路的功率外表梯度用輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之差來(lái)表示，當(dāng)錯(cuò)誤信號(hào)完全消失時(shí)，功率就到達(dá)最優(yōu)化。梯度算法是不斷的計(jì)算，不需要刻意的調(diào)整。本文使用的是第二種自適應(yīng)算法。2Work function模塊，Work function模塊可以采用不同的數(shù)學(xué)形式表示，最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方式是多項(xiàng)式表示。因此多項(xiàng)式系數(shù)的調(diào)整，以用來(lái)建立功率放大器的逆的，非線性的功放輸入信號(hào)。3復(fù)雜增益調(diào)節(jié)器，控制輸入信號(hào)的相位和幅度以調(diào)整失真信號(hào)。該預(yù)失真器包括一個(gè)復(fù)雜的增益調(diào)節(jié)器，它控制輸入信號(hào)的相位和幅度。兩個(gè)非線性work function模塊控制增益調(diào)節(jié)器，從而調(diào)制功率放大器的AM / AM和AM / PM非線性特性。一旦優(yōu)化，增益調(diào)節(jié)器提供給功率放大器復(fù)雜的非線性特性。其原理圖如圖24所示：圖24 預(yù)失真整體電路圖 仿真結(jié)果分析輸入信號(hào)為24dBm，中心頻率為1GHz，。1不加預(yù)失真輸入13dbm