隨著現代無線通信系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，對通信系統(tǒng)容量和效率提出了越來越高的要求，使得高線性射頻功率放大器成為當今通信新技術領域中的一個重要研究課題。當前射頻功率放大器的線性化技術主要有前饋型、反饋型和預失真型等3種。他們結構不同、各具特色。前饋型具有性能指標高、線性化效果好、有效帶寬大等優(yōu)點，但由于存在對幅度和相位變化靈敏度過高的問題，使得系統(tǒng)的線性化效果會隨著溫度、電壓和功率等因素的變化而變化。反饋型采用了傳統(tǒng)的負反饋放大器原理，具有結構簡單、方式多樣、成本低廉等優(yōu)點，但其對線性度改善效果一般，且不適合工作于寬帶系統(tǒng)。相對于前兩種線性化技術，預失真技術具有電路結構簡單、工作絕對穩(wěn)定等優(yōu)點，可適用于寬帶系統(tǒng)，故是一種具有應用前景的線性化技術。

預失真型線性化技術的線性化效果主要取決于預失真器的特性。雖然由于技術的限制，目前還未能達到理想的線性化效果，但從長遠發(fā)展來看，預失真技術存在巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＴ趥鹘y(tǒng)的預失真基礎上，文章提出一種新的預失真型線性化功率放大器電路，與傳統(tǒng)的預失真型電路相比，其不同之處在于引入一種二次混頻預失真器，相比于其他的預失真器，這種預失真技術具有結構簡單、對功放增益的影響小等優(yōu)點。其非線性失真信號通過二次混頻產生，在較低的功率條件下可以產生較大的失真信號分量，因此不需要輔助放大器等額外器件。本文首先介紹其電路結構和原理，再從理論上分析其主要特性，最后利用專用的微波電路仿真工具進一步驗證。

2 預失真線性化原理

從原理上看，預失真線性化技術可能是改進線性特性的最簡單的一項技術。文章采用的預失真電路原理框圖如圖1所示，即在RF放大器的前面加入一個預失真器，預失真器的非線性特性剛好與RF放大器的非線性特性剛好相反，信號輸入端為_個功率分配器，他將輸入信號分成2路，上一路通過一個相位延時器；下一路送入預失真器。信號通過預失真器生成非線性失真分量，即預失真信號。這一信號經過相移器和衰減器送入定向耦合器，與原輸入信號進行混合，生成含有預失真分量的混合信號。該混合信號最后送到主放大器進行放大。由于混合信號中的非線性分量與由主放大器非線性所產生的非線性分量，在幅度上相等、相位上相反，從而抵消了輸出信號中的非線性失真分量，這樣就對RF放大器的輸出進行一定的補償，使得輸出信號為基本無失真信號，達到線性化的目的。這種補償原理如圖2所示。當信號經過預失真器、延時器和RF放大器組成系統(tǒng)時，由于預失真器與RF放大器的相反的非線性特性，從而使得預失真部分的非線性和主放大部分的傳輸特性抵消，整體呈線性輸出。

3 特性分析

3.1 放大器輸出特性

當放大器工作在非線性區(qū)內時，不考慮放大器的記憶效應，其非線性可用無窮項冪級數來描述：

其中，Vin為放大器的輸入信號，Vout是其輸出信號。

若輸入為等幅雙音信號：Vin=Vcosω1t十Vcosω2t，則非線性放大器的輸出可以表示為：

由于高階系數隨階次的增加而迅速減小，故可忽略不計；頻率為ω1+ω2，2ω1，2ω2，2ω1+ω2，ω1+2ω2等分量落在帶外，將被帶通濾波器濾除，故可不予考慮。而頻率為2ω1-ω2，2ω2-ω1(三階交調分量)，3ω1-2ω2，3ω2-2ω1(五階交調分量)將落在通帶內，不會被帶通濾波器濾除，故為放大器產生的主要的非線性分量。因為三階交調對功放的影響最大，此處僅對三階交調分量進行討論，由此可將式(2)化簡為：

式中第一項是直流分量；第二項顯然是與輸入信號成線性關系的有用信號；第三項為三階交調分量，即為非線性失真的產物。

3.2 預失真器電路結構和輸出特性

預失真器主要由兩個混頻器組成，如圖3所示，信號通過混頻器可使主信號產生倍頻及差頻信號，將這路信號與主信號送人混頻器生成非線性失真分量，即預失真信號。

在圖3中，輸入信號ω1和ω2經過混頻器Mixerl，根據混頻器的原理，即產生混頻信號2ω1，2ω2和ω1-ω2，與耦合出來的主信號同時送入混頻器Mixer2，一個送入LO端，一個送入IF端，則輸出為LO與IF信號的和與差，RF端輸出就得到了2ω1-ω2，2ω2-ω1，ω1，ω2?？梢姡A失真器輸出的信號中，產生了非線性分量，其中2ω1-ω2，2ω2-ω1，就是我們需要的預失真信號分量。

3.3 線性化輸出特性

預失真型線性化功率放大器電路結構如圖4所示。信號輸入端為一個功率分配器，他將輸入信號分成2路，上一路通過一個相位延時器、并經過一個功率合成器送入主放大器；下一路送人預失真器，經過相移器和衰減器送入功率合成器，與上路信號進行混合后，一起送入主放大器進行放大。上一路，通過延時器，得到信號Vup；下一路，通過(IM3產生器)、衰減器和移相器，得到信號Vlow：

其中α1是功分器、延時器對信號的相移量；α3是功分 器、非線性產生器，衰減器和移相器對信號的相移量。上下兩路信號合并后再進入主放大器。

4 軟件仿真和結果

為了進一步驗證這種預失真線性化技術的特性，借助于微波電路專用仿真軟件ADS對電路進行仿真。在計算機仿真系統(tǒng)上設計了一個2.6 GHz頻段的功率放大器，用中心頻率為2.6 GHz、頻率間隔為2 MHz的雙音信號進行仿真得到圖5所示的結果。從圖5中可以看出，在加入2次混頻預失真器前，3階IMD大約為26.1 dBc，即出現了較為嚴重的非線性失真。構建與圖4相同的系統(tǒng)仿真電路。通過反復、適當調整衰減器、移相器和延遲線的時間延遲量，可獲得系統(tǒng)的最后輸出信號的頻譜圖，如圖6所示。通過與圖5相比較可見，經過預失真線性化處理后，原輸出信號中的IMD3接近65.3 dBc，三階交調改善了39 dB左右。

5 結 語

文章從理論上分析了射頻功率放大器失真產生的根本原因，論證了2次混頻預失真器的可行性，并通過計算機仿真證明了前面的理論分析。理論分析和實驗證明了這種2次混頻預失真器的線性化技術能夠有效地改善功率放大器的非線性失真。通過分析可以看出，這種線性化技術僅考慮到了IMD3，今后將基于這種技術進一步改善高階互調。