功率放大器的线性化技术

1、 射频及微波功率放大器发展动态射频及微波功率放大器发展动态 1 射频及微波功率放大器设计射频及微波功率放大器设计 2 功率放大器的线性化技术功率放大器的线性化技术 3 射频及微波固态功率放大器中的新颖技术射频及微波固态功率放大器中的新颖技术 4 技术技术 类型类型 技术成技术成 熟度熟度 技术技术 难度难度 功放功放 效率效率 是否获得是否获得 商用商用 生产生产 难度难度 体积体积可靠可靠 性性 成本成本 基于基于 前馈前馈 技术技术 的功的功 放放 成熟成熟中中低于低于 1010 是是难难大大低低高高 基于基于 DPDDPD技技 术的术的 功放功放 步入成步入成 熟熟 难难高，高， 典型典

2、型 值值1919 是是易易小小高高低低 基于基于 DPDDPD加加 DoherDoher tyty技技 术的术的 功放功放 试验阶试验阶 段段 难难高，高， 典型典型 值值2727 否否易易小小高高低低 新一代基站功放和传统功放的技术比较新一代基站功放和传统功放的技术比较 二端口网络及二端口网络及S S参数参数 1 1 准线性网络设计准线性网络设计 2 2 负载牵引法负载牵引法 3 3 传统的网络参数传统的网络参数1 散射参数散射参数2 二端口网络参数间转换二端口网络参数间转换3 传输线传输线4 111 1122 221 1222 VZ IZ I VZ IZ I 111121 221222 V

3、ZZI VZZI 2 1 11 1 0I V Z I 1 2 22 2 0I V Z I 1 1 12 2 0I V Z I 2 2 21 2 0I V Z I 111121 221222 IYYV IYYV 2 1 11 1 0V I Y V 1 2 22 2 0V I Y V 1 1 12 2 0V I Y V 2 21 21 2 0V I Y V 111 1122 221 1222 Vh Ih V Ih Ih V 111121 221222 VhhI IhhV 2 1 11 1 0V V h I 1 2 22 2 0I I H V 1 1 12 2 0I V h V 2 2 21 2 0

4、V I h I 122 122 VAVBI ICVDI 12 12 VVAB IICD 2 1 2 0I V A V 2 1 2 0I I C V 2 1 2 0V V B I 2 1 2 0V I D I 入射波入射波ai，入射波入射波bi 111 1122 221 1222 bS aS a bS aS a 111121 221222 bSSa bSSa bSa 2 1 11 1 0a b S a 1 2 22 2 0a b S a 1 1 12 2 0a b S a 2 2 21 1 0a b S a 非线性电路基本概念与定义非线性电路基本概念与定义 1 1 放大器中的非线性现象放大器中的

5、非线性现象 2 2 功率放大器的线性化技术功率放大器的线性化技术 3 3 VVQVI/,/,/ 两端非线性 转移非线性 频率的产生频率的产生 21, nm nm 3 , 2 , 1 , 0 , 1, 2, 3,nm 放大器中的非线性现象放大器中的非线性现象 线性放大器在通信系统与图象传输系统中的作用线性放大器在通信系统与图象传输系统中的作用 信号失真特性信号失真特性 系统的非线性特性 无记忆系统中的振幅非线性 tvftv i tvktvktvktv iii 3 3 2 21 tvtv iii cos tVktVktVktv iiiiii 33 3 22 21 coscoscos tVkVkVk

6、 iiii cos 4 3 2 1 3 31 2 2 tVktVk iiii 3cos 4 1 2cos 2 1 3 3 2 2 )( 4 3 lg20 4 3 lg20 2 31 3 31 dBVkk V VkVk A i i ii V )(lg20lg20 1 1 0 dBk V Vk A i i )( 1 01 dBAA dB 1lg20 4 3 lg20 1 2 31 kVkk i 3 12 145. 0 k k Vi 0 3 k )(10 2 1 lg10 3 2 dBm R V P i i )(10 4 3 2 1 lg10 3 2 3 31 0 dBm R VkVk P ii 2

7、 31 0 4 3 lg20 i i P Vkk P P A )( 0 dBmPAP iP Rk k APdB 3 3 1 01 10 2 145. 0 lg101 )( 70.57 lg10 3 3 1 dBm Rk k 抑制载波双边带调幅波波形 放大器增益压缩 双音包络失真 双音包络IM仿真 具有不同峰/平均功率比(平均功率相图)的RF电压包络 包络压缩 峰/平均功率比为6dB,4.7dB,3dB的双音IM包络仿真 1.9GHz 1W功率放大器实测AM-PM转换 包络振幅变化和对应的AM-PM相位变化 甲乙类放大器双音包络激励下供电电流的变化有可能产生供电电压调制 . . Q I Q I

8、(a) OQPSK (b) GMSK 星座图 . . . . . . Q Q Q Q Q Q I /4DQPSK星座图 (a)多通道放大 (b)多信道单放大器放大 多载波或多信道放大 PA振幅线性器基本作用 预失真原理框图 一般的反馈系统 放大器的反馈 反馈减小了失真反馈减小了失真 RF本级串联反馈 RF放大器的并联反馈 并馈RF放大器实际电路图 +Vcc+Vcc+Vcc 补偿 网络 CFB V0 三种其他结构的并联反馈 单级1W功率放大器相频特性 差频反馈原理框图 简单的包络反馈系统 调制包络反馈 包络反馈线性化放大器 极性环校准系统 修正的极性环发射机 高频极性环发射机 具有失真反馈的RF

9、放大器 卡特生补偿RF反馈系统 调制输入 RF IN OUT RF 0 0 90 IN 0 0 90 IN 0 0 RF PA 基带运放 载波振荡 器 + +- -+ +- - 90 0 0 IN 0 差动放大 移相 衰减器 Cartesian-Loop发射机实例 900MHz载波移相网络 调制移相网络 OUT 0 90 IN 0 0 RF PA 载波振荡 器 + +- -+ +- - 差动放大 移相 衰减器 0 IN 0 0 90 基带运放 低通 1.6-30MHz 45MHz 46.6-75MHz I Q 合成源 HF卡特生环发射机框图 RF放大器和预失真器 （V）iVF( )0 iV i

10、V = 预失真系统的工作原理 立方RF/IF预失真器 产生扩张特性的一般方法 简单预失真器的其它形式 串联二极管预失真器 变容二极管预失真器 FET-Based 预失真器 反向并联二极管为基础的预失真器 环行器为基础的反向并联为基础的预失真器 改进的反向并联二极管预失真器结构 使用谐波的预失真器 IF预失真器 曲线-匹配预失真器 复数预失真器 判决式温度补偿预失真器 基于邻频测量的反馈控制来实现自适应控制 基于RF预失真器控制校准的线性化器 应用基帶反馈的自适应控制 数字自适应预失真系统 使用查表法的预失真系统 基本前馈环原理框图 基本的前馈环框图 前馈环分析 不同值下的三阶失真 输入 输出

11、(误差放大器) 主放大器 A1 A2 C1C2 (误差放大器) 辅助放大器 辅助放大器 时延 时延 C3 第一个环 第二个环 双环前馈框图 输入 输出 C2 时延 时延 C3 第二个环 (误差放大器) 主放大器 A2 C1 辅助放大器 第一个环 时延 主放大器 A1 C4 A3 双环前馈系统的变型 f2 1 地线上电位差引起的寄生反馈 屏蔽盒及接地 RF电路中电源的去耦合 i R C10 11 iRFC RL)105( L R C10 11 1 S R C10 11 2 21 21 1 )105( CC CC LRFC 电阻的等效电路描述 电阻R的绝对值阻抗随频率的变化 高频电感线圈的等效电路

12、 空心线圈的频率响应 l Nr L 2 0 2 0 22 / S rNa C l N 2 wire S cu l R a 高频电容电等效电路 引线电容的频率响应 LC谐振回路的电路结构 (1)rj 0 1 R j 2 1r 0 2 1 R arctanarctan 0 L R Cr 1 2LC 1 2LC 0 0 1L rCr 00 00 00 1LR RC rCrL L C L C 0 ff 0 ff 0 ff 0 /fQ 0 /fQ 0 2 f Q f 2Q 回路储能 每周耗能 0 0 L ZZ ZZ 1 1 Z 负反馈线性化技术负反馈线性化技术 预失真技术预失真技术 前馈技术前馈技术 单

13、级1W功率放大器相频特性 双途径功率放大器双途径功率放大器 开关模式功率放大器开关模式功率放大器 KahnKahn包络分离与恢复技术包络分离与恢复技术 异相功率放大器异相功率放大器 DohertyDoherty技术技术 4.1 Doherty技术技术 DohertyDoherty原理框图原理框图 三种工作状态分析三种工作状态分析 理想理想DohertyDoherty放大器和放大器和B B类放大器效率对比类放大器效率对比 多级多级DohertyDoherty功率放大器结构框图功率放大器结构框图 不同不同DohertyDoherty功放结构的效率功放结构的效率 4.2异相功率放大器异相功率放大器 异相功率放大器的简化框图异相功率放大器的简化框图 4.3 Kahn包络分离与恢复技术包络分离与恢复技术 传统传统KahnKahn模拟包络分离和恢复方案模拟包络分离和恢复方案 采用采用DSPDSP技术的直接变换方案技术的直接变换方案 EER (Envelope Elimination and Restoration) Separating