微波功率放大器技术与设计

盛荣志

摘 要：随着时代的不断进步，在移动通信系统中，如果利用恒包络调制技术在信道间隔足够宽的前提下，在邻信道干扰在-45db到-60db之间还是可以满足的。但是对于间隔宽度在25KHZ的移动通信系统中，如果发射机的功率放大器工作功率较高，则很难达到要求。如果遇到这种情况，常见的办法就是对功率放大器进行线性化，从而最大限度的减小邻信道干扰，这些技术主要包括前馈型、源偏型、LINC电路、预失真以及负反馈五种类型，其中预失真线性化技术对放大器进行线性化最为常见。本文将会主要阐述预失真线性化电路的相关工作原理应用以及相关设计，希望能够得到一些借鉴和参考。

关键词：功率放大器；预失真技术；线性化；移动通信

众所周知，当前国内外抑制信号二、三次谐波绝大多数采用的方式就是在功放后加开关滤波器。通過以往大量的实践结果表明，在45dbm/路辐射功率的环境中进行操作可以在规定的时间空间范围内实现二次35dbc与三次40dbc（基于当前国内开关滤波器的标准），但该技术就目前而言仅在低频、窄带信号中能够有效开展，在高频和宽带环境很难发挥出最佳效应。但是通过以往大量的仿真实验结果以及总结的经验发现，如果运用得当，数字预失真技术在解决微波功率放大器线性化技术方面比上面方法能够取得更好的效果，因为它可以满足通信信号电磁环境模拟器对谐波和互调分量的指标要求，下面着重对其进行介绍。

一、微波功率放大器线性化技术的具体概况

为了尽可能的减小放大器中的幅度以及获得高载频，现在绝大多数企业单位是采用大功率放大器回退功率，通过这种方式让放大器在正常负荷输出状态下工作（低于满负荷的水平）。事实证明，这种情况下的电源利用效率会低于百分之五，同时大功率器件的有效输出功率也不大，这样会造成资源的严重浪费，无法最大限度的发挥出自身潜能，因为这样会大大损耗输出功率以及降低处理信息量的能力，同时还需要花费更多的资金。除了这种方法，就是采用线性化技术纠正放大器的线性化特征，将那些原来非线性化的点全部处于一条直线上，从而在电路整体上呈现出放大输入信号的线性化效果。

通过收集多方数据，如今这种技术的使用主要包括三种，分别为正向前馈法、负反馈法、预失真方法三种。

其中正向前馈法使用最为普遍，但是局限性较强。比方说在工作环境变化过程中，工作人员由于认为或者非人为因素很难将电路的参数变化保持一致（做到这一点需要扎实的技术与很强的耐心），如果稍有不慎最终会放大线性的恶化程度，稳定性很难保证，停机现象屡见不鲜。除此之外，在末级大功率合成器位置构成自适应环路难度也很大，因此在功率合成级采用此法的极为少见。

至于负反馈技术的实现往往需要专业技术能力很强人员来特别处理宽带以及时延这两大问题，为什么这么说呢？因为这种技术的使用会使放大器带宽迅速变得比过去狭窄，在放大宽频带方面并不适用。

大量的实践结果表明，预失真技术可以在高频和宽带条件下很好的使用解决问题。具体地说，就是业界人士预先使微波放大器的输入信号在相位与幅度方面产生反失真（根据实际需要实现设定），从而抵消微波放大器内的非线性失真。如今已经成为大功率微波放大器进行线性化的理想技术。

目前该技术主要分为两种：射频预失真与基带预失真。其中射频预失真方法所耗费的成本低而且电源使用效率高，但是在通常情况下仍然需要使用射频非线性有源器件加以輔助运行，想要有效控制尚需时日。基带预失真技术当中难度大的射频信号处理问题比较少，相关工作人员只要在低频部分补偿处理基带信号即可完成任务，便于采用现代的数字信号处理技术。事实表明，该技术实用性较强，而且通过增加采样率或者量化级数可以很好的抵消高阶互调失真。

二、基带预失真技术以及使用

基带预失真线性化系统如下图（图1）所示：

从图中我们可以清楚的看到，输入端的信号经过A/D变换后可以在很短时间内得到数字域中的等阶信号，经过预失真相关处理后数字域中的预失真信号就可以迅速得到，通过正交调制器调制到载频上再放大功率，其中少部分输出功率借助耦合器传输到线性解调器，得到的反馈信号（经过A/D变换后）提供给误差比较模块，最终经过相应的公式原理可以正确计算出预失真特性和数值。

仿真和系统模型实验结果表明，对于宽带输入信号，采用基带预失真线性化技术可以将功率放大器输出三阶互调值少于-80db。除此之外，由于此系统的预失真电路主要是通过数字电路完成的，预失真处理是在基带实施的，加上闭环自适应控制的有效应用，能够让整个电路稳定运转，这样一来就可以很好的省去了采用固定预失真所需要的调整时间。当然这种方案研制出来不久，现在想要完全实现需要很高的工作速率，因此在通信设备中并不多见，而是在实验室以及计算机模拟的结果中见到，因此还需要业界人士对其进一步研究和开发。

三、结语

综上所述，随着时代的发展以及科技的进步，数字基带预失真线性化技术在微波功率放大器进行线性化补偿的应用越来越广泛而且所涉及的领域也越来越宽，目前已经取得了很多成功的经验。从这一点上来看，数字预失真线性化技术可以在允许条件下为广大相关工作人员的一种微波功率放大器线性化技术的新方法，完全有可能满足现代通信信号电磁环境模拟器对谐波和互调失真的技术指标要求，从而为科技进步与发展做出应有的贡献。

参考文献：

[1] 罗祥云.微波功率放大器技术研究与设计[D].电子科技大学，2014.

[2] 董永岐.微波功率放大器的自适应预失真线性化技术[J].电子科技大学，2016.