射频功率放大器线性化技术研究

伍进进，程浩然

（武汉滨湖电子有限责任公司，湖北 武汉 430205）



射频功率放大器线性化技术研究

伍进进，程浩然

（武汉滨湖电子有限责任公司，湖北 武汉 430205）

摘 要：在当今社会，随着无线通信技术的发展和应用，人们开始追求高功率效率和高频谱利用率。基于此，高效射频功率放大器、线性调制技术等，都开始得到越来越广泛的应用。但是，经过非线性射频功率放大的包络变化调制信号，时常会产生互调失真的情况，会引发较为严重的临近信道干扰以及码间干扰等问题。对此，在对射频功率放大器进行应用的过程中，应当注重采用线性化技术，以确保良好的通信质量。

关键词：射频功率放大器；线性化技术；通信质量

在移动通信网络的发展当中，需要为用户提供多样化、大容量、高速率的网络服务。而在当今社会中，随着智能移动终端的普及，宽带通信业务、无线用户数量等，都呈几何倍数增加，因而通信频段的拥挤程度越来越高。为了将更多通信信道融入有限的频谱范围中，需要提升传输技术的频谱利用率，因而在无线通信系统中，开始应用QPSK，QAM等线性调制技术。不过，在这些技术中，具有峰平比高、频带宽、非恒定包络等特点，因而在经过射频功率放大器时，容易发生信号失真。

1　射频功率放大器

在无线发射机当中，射频功率放大器是一个十分重要的部分。在发射机的前级电路中，调至振荡电路只会产生很小功率的射频信号，需要经过一系列的方法才能够产生足够的射频功率，并通过天线进行发射，同时还要确保避免对相邻信道通信产生干扰［1］。在射频功率放大器中，可根据不同的输出效率、功率等进行分类。其中主要的性能指标包括工作频带、增益、输出功率、效率、三阶互调系数、杂散输出和噪音等。

2　非线性失真现象

在理想状态下，射频功率放大器应当是线性的，并且具有固定群时延和固定放大倍数。如果是非线性的系统，在放大频率较大的情况下，将会与线性有所偏离，称为非线性失真。在射频功率放大器当中，这种非线性失真的情况是较为普遍的，主要包含了互调失真、谐波失真等情况。在功率放大器的运行过程中，总是处于大信号的状态下，因而会发生十分严重的非线性失真。在忽略记忆效应的情况下，对于AM-PM，AM-AM等射频功率放大器的非线性特性，采用矢量网络分析仪对其进行测量，从而对非线性功效进行描述。射频功率放大器通常具有非线性放大、线性放大等不同的工作状态。其中，射频功率放大器如果处在非线性放大的工作状态，其效率将会很高［2］。

如果处于线性放大工作状体下，只能够发挥出一般左右的效率。所以，为了取得较高的效率，应当对非线性射频功率放大器进行应用。但是，在实际应用当中，其会导致五阶互调分量、三阶互调分量等新的频率分量产生，因而会对有用信号进行干扰，同时改变放大信号频谱。在无线通信网络当中，射频功率放大器的AM-PM，AM-AM变换失真，很大程度上会影响正常的数字信号。如果将π/4-DQPSK信号进行输入，输入信号星座图虚实部会在放大器非线性失真的影响下发生变异，从而使误差加性噪声容限下降，会再生频谱并对邻道信号产生干扰，使误码率恶化。所以，对于射频功率放大器来说，应当通过对线性化技术的应用，对其线性度进行改善，从而确保良好的通信质量。

3　射频功率放大器线性化技术

3.1 EER法

EER法是射频功率放大器线性化技术中一种较为有效的技术，经过限幅器、包络检测器，中频输入信号能够产生相应相位形式、幅度的输入信号。在经过混频器变频之后，恒包络的输入信号会形成射频信号，送入非线性射频功放输出。在经过分离之后，能够对中频包络信号进行获取，并用其调制共计电压信号，对相应的调制信号进行获取，从而对射频功率放大器进行控制。在实际应用中，对于电源调制通路信号、载频通路信号之间的相位差，EER具有较高的敏感性。

3.2 前馈法

早在1929年，就曾提出过前馈的概念，但直到1960年，才在电路工作领域得到应用［3］。作为一种开环电路，随着时间的变化，前馈所有的器件特性无法得到补偿。在频带中，应限制很小分贝的电路元件转移特性。另外，需要对第二个辅助放大器进行应用，因而具有较高的技术难度和复杂度。但另一方面，前馈法能够对功放线性进行有效的改善，对于器件的增益带宽，并不会产生影响。在统称应用中，前馈功率放大器包含延时单元、减法器、耦合器、误差放大器、功率放大器等部分。在实际应用中，前馈放大器的抵消性能会受到线性环中参与抵消的幅度影响，造成相位失衡。因此，只有对其进行精确地控制，才能取得更好的效果。同时，可以在其中加入控制电路和抽样电路，实现对系统环路的实时监控，从而取得更好的射频功率放大效果。

3.3 反馈法

对于射频放大器失真情况来说，可采用反馈技术进行处理。在反馈技术中，具有十分简单的电路结构，在低频电子技术领域当中，能够有效地抵消失真情况［4］。在反馈法的实际应用中，能够对射频功率放大器输出的非线性失真信号加以利用，从而对射频功率放大器自身的非线性进行一部分的抵消，能够十分有效的提升通频带、非线性失真、增益稳定性、信号输出稳定性等方面的指标。不过，对于射频功率放大器的增益效果来说，反馈法会产生一定的限制。在实际电路中，对于高频段宽频带中的反馈网络来说，输入信号、反馈信号反相，难以有效控制相移，因此，通常只会在低频的环境中对反馈法进行应用。

3.4 预失真法

在射频功放前，对预失真器进行加入，从而使射频功放的非线性特性和输入功放的非线性特性相反，对射频功率放大器的非线性进行有效的抵消，从而让射频功率放大器能够呈现出线性特性，这就是预失真线性化法。该技术具有很多方面的优势，例如造价低、效率高、调整方便、电路简单等［5］。预失真线性化技术有两种方法，分别是数字预失真、射频预失真。其中，数字预失真技术对数字信号处理的软硬件进行了应用，其预失真处理主要是在基带信号频谱当中进行的。对于收集、基站等功放的设计，具有较高的适用程度。在数字预失真器当中，主要包括了增益调节器等部分。在功放、输入射频信号之间，对非线性发生器进行插入，从而对其幅值、相位等进行控制。对于射频功放的互调失真，能够进行有效的删除。不过，如果工作环境、工作条件发生改变，信号预失真的相位、幅度也会产生改变。为了确保良好的线性效果，应实现其自适应控制。

4　结语

当今社会，无线通信技术得到了越来越广泛的应用。随着人们生活水平的提升，智能移动终端的保有量越来越多，对于无线网络通信的业务要求也越来越高。射频功率放大器作为无线通信系统中一个重要的组成部分，在实际应用中，可能会发生失真的情况，影响通信质量。对此，应当采取有效的线性化技术，确保射频功率放大器更好地发挥作用。

［参考文献］

［1］刘宗明，谈熙，闵昊.无线射频通信中改进式功放数字预失真技术［J］.复旦学报：自然科学版，2010（1）：126-131.

［2］段淇，叶建芳，叶建威.一种用于射频功率放大器的新型预失真器的设计［J］.现代电子技术，2010（21）：70-72，75.

［3］陈良月，俞汉扬，李昕，等.一种自适应线性化偏置的单片集成功率放大器［J］.微电子学，2012（2）：141-145.

［4］胡欣，王刚，王自成，等.射频预失真器与基带预失真算法结合对行波管功率放大器线性化改善的影响［J］.通信学报，2012（7）：158-163.

［5］梁聪，滑育楠，胡善文，等.一种带功率检测和自适应偏置的CDMA功率放大器［J］.固体电子学研究与进展，2011（1）：81-84，89.

Research on Amplifier Linearization Technique

Wu Jinjin，Cheng Haoran
（Binhu Wuhan Electronic Co.，Ltd.，Wuhan 430205，China）

Abstract:In today’s society，with the development and application of wireless communication technology，people began to pursue the high power efficiency and high frequency spectrum utilization. Based on this，high efficiency RF power amplifier and linear modulation technology are beginning to get more and more widely used. However，the envelope modulated signal changed by the nonlinear RF power amplifier often produce inter modulation distortion，which will lead to more serious adjacent channel interference and inter symbol interference. In this regard，in the process of application of RF power amplifier，we should focus on the use of linearization techniques to ensure good communication quality.

Key words:radio frequency power amplifier；linearization technology；communication quality

作者简介：伍进进（1988-），男，湖北钟祥，本科，工程师；研究方向：雷达发射和接收系统。