功率放大器的線性化技術(shù)

1、 射頻及微波功率放大器發(fā)展動態(tài)射頻及微波功率放大器發(fā)展動態(tài) 1 射頻及微波功率放大器設(shè)計射頻及微波功率放大器設(shè)計 2 功率放大器的線性化技術(shù)功率放大器的線性化技術(shù) 3 射頻及微波固態(tài)功率放大器中的新穎技術(shù)射頻及微波固態(tài)功率放大器中的新穎技術(shù) 4 技術(shù)技術(shù) 類型類型 技術(shù)成技術(shù)成 熟度熟度 技術(shù)技術(shù) 難度難度 功放功放 效率效率 是否獲得是否獲得 商用商用 生產(chǎn)生產(chǎn) 難度難度 體積體積可靠可靠 性性 成本成本 基于基于 前饋前饋 技術(shù)技術(shù) 的功的功 放放 成熟成熟中中低于低于 1010 是是難難大大低低高高 基于基于 DPDDPD技技 術(shù)的術(shù)的 功放功放 步入成步入成 熟熟 難難高，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 術(shù)的術(shù)的 功放功放 試驗階試驗階 段段 難難高，高， 典型典型 值值2727 否否易易小小高高低低 新一代基站功放和傳統(tǒng)功放的技術(shù)比較新一代基站功放和傳統(tǒng)功放的技術(shù)比較 二端口網(wǎng)絡(luò)及二端口網(wǎng)絡(luò)及S S參數(shù)參數(shù) 1 1 準(zhǔn)線性網(wǎng)絡(luò)設(shè)計準(zhǔn)線性網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 2 2 負(fù)載牽引法負(fù)載牽引法 3 3 傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)1 散射參數(shù)散射參數(shù)2 二端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)間轉(zhuǎn)換二端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)間轉(zhuǎn)換3 傳輸線傳輸線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 非線性電路基本概念與定義非線性電路基本概念與定義 1 1 放大器中的非線性現(xiàn)象放大器中的

5、非線性現(xiàn)象 2 2 功率放大器的線性化技術(shù)功率放大器的線性化技術(shù) 3 3 VVQVI/,/,/ 兩端非線性 轉(zhuǎn)移非線性 頻率的產(chǎn)生頻率的產(chǎn)生 21, nm nm 3 , 2 , 1 , 0 , 1, 2, 3,nm 放大器中的非線性現(xiàn)象放大器中的非線性現(xiàn)象 線性放大器在通信系統(tǒng)與圖象傳輸系統(tǒng)中的作用線性放大器在通信系統(tǒng)與圖象傳輸系統(tǒng)中的作用 信號失真特性信號失真特性 系統(tǒng)的非線性特性 無記憶系統(tǒng)中的振幅非線性 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 抑制載波雙邊帶調(diào)幅波波形 放大器增益壓縮 雙音包絡(luò)失真 雙音包絡(luò)IM仿真 具有不同峰/平均功率比(平均功率相圖)的RF電壓包絡(luò) 包絡(luò)壓縮 峰/平均功率比為6dB,4.7dB,3dB的雙音IM包絡(luò)仿真 1.9GHz 1W功率放大器實測AM-PM轉(zhuǎn)換 包絡(luò)振幅變化和對應(yīng)的AM-PM相位變化 甲乙類放大器雙音包絡(luò)激勵下供電電流的變化有可能產(chǎn)生供電電壓調(diào)制 . . Q I Q I

8、(a) OQPSK (b) GMSK 星座圖 . . . . . . Q Q Q Q Q Q I /4DQPSK星座圖 (a)多通道放大 (b)多信道單放大器放大 多載波或多信道放大 PA振幅線性器基本作用 預(yù)失真原理框圖 一般的反饋系統(tǒng) 放大器的反饋 反饋減小了失真反饋減小了失真 RF本級串聯(lián)反饋 RF放大器的并聯(lián)反饋 并饋RF放大器實際電路圖 +Vcc+Vcc+Vcc 補(bǔ)償 網(wǎng)絡(luò) CFB V0 三種其他結(jié)構(gòu)的并聯(lián)反饋 單級1W功率放大器相頻特性 差頻反饋原理框圖 簡單的包絡(luò)反饋系統(tǒng) 調(diào)制包絡(luò)反饋 包絡(luò)反饋線性化放大器 極性環(huán)校準(zhǔn)系統(tǒng) 修正的極性環(huán)發(fā)射機(jī) 高頻極性環(huán)發(fā)射機(jī) 具有失真反饋的RF

9、放大器 卡特生補(bǔ)償RF反饋系統(tǒng) 調(diào)制輸入 RF IN OUT RF 0 0 90 IN 0 0 90 IN 0 0 RF PA 基帶運(yùn)放 載波振蕩 器 + +- -+ +- - 90 0 0 IN 0 差動放大 移相 衰減器 Cartesian-Loop發(fā)射機(jī)實例 900MHz載波移相網(wǎng)絡(luò) 調(diào)制移相網(wǎng)絡(luò) OUT 0 90 IN 0 0 RF PA 載波振蕩 器 + +- -+ +- - 差動放大 移相 衰減器 0 IN 0 0 90 基帶運(yùn)放 低通 1.6-30MHz 45MHz 46.6-75MHz I Q 合成源 HF卡特生環(huán)發(fā)射機(jī)框圖 RF放大器和預(yù)失真器 （V）iVF( )0 iV i

10、V = 預(yù)失真系統(tǒng)的工作原理 立方RF/IF預(yù)失真器 產(chǎn)生擴(kuò)張?zhí)匦缘囊话惴椒?簡單預(yù)失真器的其它形式 串聯(lián)二極管預(yù)失真器 變?nèi)荻O管預(yù)失真器 FET-Based 預(yù)失真器 反向并聯(lián)二極管為基礎(chǔ)的預(yù)失真器 環(huán)行器為基礎(chǔ)的反向并聯(lián)為基礎(chǔ)的預(yù)失真器 改進(jìn)的反向并聯(lián)二極管預(yù)失真器結(jié)構(gòu) 使用諧波的預(yù)失真器 IF預(yù)失真器 曲線-匹配預(yù)失真器 復(fù)數(shù)預(yù)失真器 判決式溫度補(bǔ)償預(yù)失真器 基于鄰頻測量的反饋控制來實現(xiàn)自適應(yīng)控制 基于RF預(yù)失真器控制校準(zhǔn)的線性化器 應(yīng)用基帶反饋的自適應(yīng)控制 數(shù)字自適應(yīng)預(yù)失真系統(tǒng) 使用查表法的預(yù)失真系統(tǒng) 基本前饋環(huán)原理框圖 基本的前饋環(huán)框圖 前饋環(huán)分析 不同值下的三階失真 輸入 輸出

11、(誤差放大器) 主放大器 A1 A2 C1C2 (誤差放大器) 輔助放大器 輔助放大器 時延 時延 C3 第一個環(huán) 第二個環(huán) 雙環(huán)前饋框圖 輸入 輸出 C2 時延 時延 C3 第二個環(huán) (誤差放大器) 主放大器 A2 C1 輔助放大器 第一個環(huán) 時延 主放大器 A1 C4 A3 雙環(huán)前饋系統(tǒng)的變型 f2 1 地線上電位差引起的寄生反饋 屏蔽盒及接地 RF電路中電源的去耦合 i R C10 11 iRFC RL)105( L R C10 11 1 S R C10 11 2 21 21 1 )105( CC CC LRFC 電阻的等效電路描述 電阻R的絕對值阻抗隨頻率的變化 高頻電感線圈的等效電路

12、 空心線圈的頻率響應(yīng) l Nr L 2 0 2 0 22 / S rNa C l N 2 wire S cu l R a 高頻電容電等效電路 引線電容的頻率響應(yīng) LC諧振回路的電路結(jié)構(gòu) (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 回路儲能 每周耗能 0 0 L ZZ ZZ 1 1 Z 負(fù)反饋線性化技術(shù)負(fù)反饋線性化技術(shù) 預(yù)失真技術(shù)預(yù)失真技術(shù) 前饋技術(shù)前饋技術(shù) 單

13、級1W功率放大器相頻特性 雙途徑功率放大器雙途徑功率放大器 開關(guān)模式功率放大器開關(guān)模式功率放大器 KahnKahn包絡(luò)分離與恢復(fù)技術(shù)包絡(luò)分離與恢復(fù)技術(shù) 異相功率放大器異相功率放大器 DohertyDoherty技術(shù)技術(shù) 4.1 Doherty技術(shù)技術(shù) DohertyDoherty原理框圖原理框圖 三種工作狀態(tài)分析三種工作狀態(tài)分析 理想理想DohertyDoherty放大器和放大器和B B類放大器效率對比類放大器效率對比 多級多級DohertyDoherty功率放大器結(jié)構(gòu)框圖功率放大器結(jié)構(gòu)框圖 不同不同DohertyDoherty功放結(jié)構(gòu)的效率功放結(jié)構(gòu)的效率 4.2異相功率放大器異相功率放大器 異相功率放大器的簡化框圖異相功率放大器的簡化框圖 4.3 Kahn包絡(luò)分離與恢復(fù)技術(shù)包絡(luò)分離與恢復(fù)技術(shù) 傳統(tǒng)傳統(tǒng)KahnKahn模擬包絡(luò)分離和恢復(fù)方案模擬包絡(luò)分離和恢復(fù)方案 采用采用DSPDSP技術(shù)的直接變換方案技術(shù)的直接變換方案 EER (Envelope Elimination and Restoration) Separating