一种用于射频功率放大器的新型预失真器的设计

摘要：预失真技术是功率放大器线性化的主要技术之一。分析了传统预失真器不能消除其输出端所产生双音基频分量的特点，提出一种新的预失真器，并利用它改善射频功率放大器的非线性失真。仿真结果表明，该方法可以明显改善射频功率放大器的三阶交调非线性失真。
关键词：非线性失真；射频功率放大器；消基频；预失真器；ADS

O 引言
射频功率放大器是距离最靠近发射天线的重要一环，被广泛应用与各种无线发射设备中。射频功率放大器的指标主要有：线性度、效率、噪声系数等，其中最关心的是其线性度和效率。随着无线用户数目的增多，宽带通信业务的发展，通信频段变得越来越拥挤，为在有限的频谱范围内容纳更多的通信信道，需采用频谱利用率更高的调制技术。但由于放大器的非线性，信号的包络波动会产生非线性失真。这就对射频功率放大器的线性度提出了更高的要求。
传统的改善射频功率放大器非线性失真的方法有：前馈、负反馈和预失真。前馈线性化技术需要额外的辅助功率放大器和较复杂的控制电路且体积大、价格昂贵。负反馈技术的方法降低了放大器的增益，且只能使放大器在很窄的频带内稳定工作，仅适用于窄带通信系统。预失真技术是目前最常用的线性化技术之一。其电路实现简单、工作稳定、成本低、工作频带宽、易于集成且直流功率高。本文将介绍一种新型预失真器的设计方案，并运用ADS2008U1对电路进行仿真分析。结果表明，该方案能够很好地改善功率放大器的非线性失真。

1 预失真线性化技术的工作原理
预失真是在功率放大器前端增加一个非线性电路用于补偿功率放大器的非线性失真，基本原理如图1所示。预失真器实质上就是一个非线性发生器，通过控制非线性发生器，使其输出与射频放大器的非线性特性在幅度上相同、相位上相反，来抵消射频功率放大器的非线性，从而提高功放的线性度，使功放获得线性化输出。根据预失真器所处的位置，可将预失真技术分为射频预失真、中频预失真和基频预失真三类，本文主要讨论射频预失真技术。

传统的预失真技术的原理框图，如图2所示。


它的不足之处在于，当输入信号进入预失真器之后，在其输出端不仅有用来补偿射频功放非线性特性的非线性失真信号，而且还有残余的基频分量，根据预失真技术的原理可知，这部分残余基频信号是与射频功放中的基频信号相位相反的。故在改善功放非线性特性的同时，其输出功率也受到一定程度的削弱。

2 新型预失真器的设计
本文采用一种电桥形式的同向平行二极管对预失真器，预失真模型见图3。


2．1 预失真器模型
用90°电桥网络来完成信号的处理和匹配功能，电桥0°通路上的电容可补偿二极管对的电抗分量，弥补相位失真。采用90°电桥还可以保持输入／输出阻抗特性的良好匹配。