射频功率放大器的线性化技术

楚敬峰+姜岩峰

摘 要：本文分析了射频功率放大器的非线性特性，给出了几种射频功放线性化技术的工作原理，简述了各自的优缺点，以便于射频功率放大器的设计者参考。

关键词：功放 非线性 功率回退 前馈

中图分类号：TN722 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0001-01

功率放大器是现代通信中一个重要的元件，现代通信系统趋向于使用线性调制方式，这就要求射频系统具有很好的线性特性，因此，对功放的输出进行线性化成为现代通信中一个重要的课题。

功率放大器的非线性分析。

设功放的输入与输出关系如下：

（1）

式中，是输入电压的瞬时值，是输出电压的瞬时值。若该函数的各阶导数都存在，可把上式进行幂级数展开：

（2）

设，将其带入上式可得：

（3）

设A=B且与很接进，那么高阶分量的幅度随阶数增加而迅速下降，可忽略其影响；、、和离通频带较远，可用滤波器滤除，而三阶交调失真频率和与基频会很接近，难以用滤波器进行滤除，这是设计功放时要重点考虑的问题。

（1）功放的线性化技术。

功放的线性化技术除功率回退技术外，可分为两类，其一是获取功放的非线性特性进而来消除功放输出信号中的非线性成分，如前馈技术；其二是给功放输入恒定幅度的信号来避免功放的非线性失真，如EE&R技术。下面将分别阐述。

（2）功率回退技术。

功率回退技术是选用功率较大的管子让其工作在小功率状态。图1是功放基波与三阶交调特性曲线，当Pin超过Pin（1dB）以后，继续增加输入功率，输出功率虽然会略有增加，但三阶交调会急剧恶化，Pin每增加1dB，IMD3就会恶化2 dB：而如果从Pin（1 dB）每回退1 dB，IMD3可以改善2 dB，但是当功率回退到某种程度，继续回退将不再改善功放的线性度。

1 这项技术的缺点

效率低，常用于对线性度要求不高的场合。

（1）前馈技术。

如图2所示，主功放输出信号耦合到下支路，被放大的基波信号经过衰减后跟经过延迟的输入信号时等幅、反相的，经过叠加后获得失真信号。失真信号在失真消除回路中被线性放大，经过输出耦合器和主功放输出的失真信号进行等幅、反相的叠加，从而消除了失真分量，只剩下被线性放大的信号。前馈系统可以很好的改善功放的非线性，但系统复杂，成本高。

（2）EE&R技术。

其中输入的中频信号经过包络检测器与限幅器，从而得到幅度形式与相位形式的信号。其中恒定包络的信号经过混频器变频为射频信号，通过非线性射频功放输出。另一路中频的包络信号调制供给电压信号，之后得到的调制信号用来控制功放。

综上所述：单一的线性化技术总会存在一定的不足，在工程实践中可以融合借鉴各种线性化技术，如前馈技术的信号消除环路中就经常用到预失真技术，而预失真技术中也常常加入了反馈的思想。

2 结语

以上分析了功放的非线性特性，阐述了几种常用的线性化技术：功率回退、前馈与EE&R技术，给出了各自的工作原理及优缺点，以便于射频功放的设计者参考。

参考文献

[1] 李铭祥.微波功放的线性化技术[J].微波学报，2002，18（1）：83-87.

[2] 李培，黄建，罗勇，等.采用二极管的射频预失真毫米波功放线性化器[J].微波学报，2010，26（4）：70-73.

摘 要：本文分析了射频功率放大器的非线性特性，给出了几种射频功放线性化技术的工作原理，简述了各自的优缺点，以便于射频功率放大器的设计者参考。

关键词：功放 非线性 功率回退 前馈

中图分类号：TN722 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0001-01

功率放大器是现代通信中一个重要的元件，现代通信系统趋向于使用线性调制方式，这就要求射频系统具有很好的线性特性，因此，对功放的输出进行线性化成为现代通信中一个重要的课题。

功率放大器的非线性分析。

设功放的输入与输出关系如下：

（1）

式中，是输入电压的瞬时值，是输出电压的瞬时值。若该函数的各阶导数都存在，可把上式进行幂级数展开：

（2）

设，将其带入上式可得：

（3）

设A=B且与很接进，那么高阶分量的幅度随阶数增加而迅速下降，可忽略其影响；、、和离通频带较远，可用滤波器滤除，而三阶交调失真频率和与基频会很接近，难以用滤波器进行滤除，这是设计功放时要重点考虑的问题。

（1）功放的线性化技术。

功放的线性化技术除功率回退技术外，可分为两类，其一是获取功放的非线性特性进而来消除功放输出信号中的非线性成分，如前馈技术；其二是给功放输入恒定幅度的信号来避免功放的非线性失真，如EE&R技术。下面将分别阐述。

（2）功率回退技术。

功率回退技术是选用功率较大的管子让其工作在小功率状态。图1是功放基波与三阶交调特性曲线，当Pin超过Pin（1dB）以后，继续增加输入功率，输出功率虽然会略有增加，但三阶交调会急剧恶化，Pin每增加1dB，IMD3就会恶化2 dB：而如果从Pin（1 dB）每回退1 dB，IMD3可以改善2 dB，但是当功率回退到某种程度，继续回退将不再改善功放的线性度。

1 这项技术的缺点

效率低，常用于对线性度要求不高的场合。

（1）前馈技术。

如图2所示，主功放输出信号耦合到下支路，被放大的基波信号经过衰减后跟经过延迟的输入信号时等幅、反相的，经过叠加后获得失真信号。失真信号在失真消除回路中被线性放大，经过输出耦合器和主功放输出的失真信号进行等幅、反相的叠加，从而消除了失真分量，只剩下被线性放大的信号。前馈系统可以很好的改善功放的非线性，但系统复杂，成本高。

（2）EE&R技术。

其中输入的中频信号经过包络检测器与限幅器，从而得到幅度形式与相位形式的信号。其中恒定包络的信号经过混频器变频为射频信号，通过非线性射频功放输出。另一路中频的包络信号调制供给电压信号，之后得到的调制信号用来控制功放。

综上所述：单一的线性化技术总会存在一定的不足，在工程实践中可以融合借鉴各种线性化技术，如前馈技术的信号消除环路中就经常用到预失真技术，而预失真技术中也常常加入了反馈的思想。

2 结语

以上分析了功放的非线性特性，阐述了几种常用的线性化技术：功率回退、前馈与EE&R技术，给出了各自的工作原理及优缺点，以便于射频功放的设计者参考。

参考文献

[1] 李铭祥.微波功放的线性化技术[J].微波学报，2002，18（1）：83-87.

[2] 李培，黄建，罗勇，等.采用二极管的射频预失真毫米波功放线性化器[J].微波学报，2010，26（4）：70-73.

摘 要：本文分析了射频功率放大器的非线性特性，给出了几种射频功放线性化技术的工作原理，简述了各自的优缺点，以便于射频功率放大器的设计者参考。

关键词：功放 非线性 功率回退 前馈

中图分类号：TN722 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0001-01

功率放大器是现代通信中一个重要的元件，现代通信系统趋向于使用线性调制方式，这就要求射频系统具有很好的线性特性，因此，对功放的输出进行线性化成为现代通信中一个重要的课题。

功率放大器的非线性分析。

设功放的输入与输出关系如下：

（1）

式中，是输入电压的瞬时值，是输出电压的瞬时值。若该函数的各阶导数都存在，可把上式进行幂级数展开：

（2）

设，将其带入上式可得：

（3）

设A=B且与很接进，那么高阶分量的幅度随阶数增加而迅速下降，可忽略其影响；、、和离通频带较远，可用滤波器滤除，而三阶交调失真频率和与基频会很接近，难以用滤波器进行滤除，这是设计功放时要重点考虑的问题。

（1）功放的线性化技术。

功放的线性化技术除功率回退技术外，可分为两类，其一是获取功放的非线性特性进而来消除功放输出信号中的非线性成分，如前馈技术；其二是给功放输入恒定幅度的信号来避免功放的非线性失真，如EE&R技术。下面将分别阐述。

（2）功率回退技术。

功率回退技术是选用功率较大的管子让其工作在小功率状态。图1是功放基波与三阶交调特性曲线，当Pin超过Pin（1dB）以后，继续增加输入功率，输出功率虽然会略有增加，但三阶交调会急剧恶化，Pin每增加1dB，IMD3就会恶化2 dB：而如果从Pin（1 dB）每回退1 dB，IMD3可以改善2 dB，但是当功率回退到某种程度，继续回退将不再改善功放的线性度。

1 这项技术的缺点

效率低，常用于对线性度要求不高的场合。

（1）前馈技术。

如图2所示，主功放输出信号耦合到下支路，被放大的基波信号经过衰减后跟经过延迟的输入信号时等幅、反相的，经过叠加后获得失真信号。失真信号在失真消除回路中被线性放大，经过输出耦合器和主功放输出的失真信号进行等幅、反相的叠加，从而消除了失真分量，只剩下被线性放大的信号。前馈系统可以很好的改善功放的非线性，但系统复杂，成本高。

（2）EE&R技术。

其中输入的中频信号经过包络检测器与限幅器，从而得到幅度形式与相位形式的信号。其中恒定包络的信号经过混频器变频为射频信号，通过非线性射频功放输出。另一路中频的包络信号调制供给电压信号，之后得到的调制信号用来控制功放。

综上所述：单一的线性化技术总会存在一定的不足，在工程实践中可以融合借鉴各种线性化技术，如前馈技术的信号消除环路中就经常用到预失真技术，而预失真技术中也常常加入了反馈的思想。

2 结语

以上分析了功放的非线性特性，阐述了几种常用的线性化技术：功率回退、前馈与EE&R技术，给出了各自的工作原理及优缺点，以便于射频功放的设计者参考。

参考文献

[1] 李铭祥.微波功放的线性化技术[J].微波学报，2002，18（1）：83-87.

[2] 李培，黄建，罗勇，等.采用二极管的射频预失真毫米波功放线性化器[J].微波学报，2010，26（4）：70-73.