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射频功率放大器的一种带消基频的预失真器的设计

2017年12月06日 10:16 次阅读

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。

 射频功率放大器的一种带消基频的预失真器的设计

传统的预失真技术的原理框图,如图2所示。

 射频功率放大器的一种带消基频的预失真器的设计

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。

 射频功率放大器的一种带消基频的预失真器的设计

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。

2.2 非线性输出分析

设在预失真器输入端加等幅的双音信号vi:

一种用于射频功率放大器的新型预失真器的设计

式中:A为双音信号的幅度;ω1,ω2为双音信号的频率。设预失真器的非线性传输系数为y=f(x),输出为v0,即v0=f(vi)。将其展成幂级数形式为:

一种用于射频功率放大器的新型预失真器的设计

由上式可知:在预失真器的输出信号中,不仅有基频信号,还有各次谐波及各种交调信号。其中,需要的是三阶交调失真分量,这里产生的基频分量对设计来说可称为“干扰信号”,必须设计电路将此基频信号消除。

2.3 新型预失真器的设计

针对预失真器输出端有系统不需要的基频信号的问题,在此将设计一种新型的预失真器,用于消除该基频信号,电路原理图见图4。输入的等幅双音信号由3 dB功分器等分成两路,一路信号进入预失真器,另一路信号由延迟器延迟后,进入增益/相位调节器。延迟主要为了让进入增益/相位调节器的信号与进入预失真器的信号同步。其中,增益/相位调节器由可调衰减器和可调移相器级联而成,其作用是为了得到具有适当幅度和相位的基频信号。此外,预失真器的输出端将包含基频在内的一系列非线性失真分量,经适当延迟后,与增益/相位调节器的输出信号一起被送进功率合成器。通过控制衰减器的衰减量和移相器的相位来产生与预失真器输出信号中所包含的基频信号具有相同幅度、相反相位的信号,用来抵消预失真器所产生的基频分量。在功率分配器输出端得到的信号就是需要的三阶交调失真信号。

一种用于射频功率放大器的新型预失真器的设计

2.4 预失真器仿真分析

在安捷伦公司的ADS2008U1中完成电路仿真模型的搭建,仿真电路如图4所示加入等幅双音信号,其频率分别为940 MHz和950 MHz。对电路进行谐波平衡(HB)仿真分析,得到预失真器输出信号频谱如图5,图6所示。

一种用于射频功率放大器的新型预失真器的设计

图5为传统预失真器的仿真结果,图6为加了消基频电路后的仿真结果。经比较可看出加了消基频电路之后,预失真器输出端的信号中基频分量减少了40 dBc。

3 预失真功率放大器的设计与仿真

3.1 设计指标及预失真功放电路的搭建

预失真器射频功率放大器的性能指标:工作频段为900 MHz~1 GHz;输出功率大于等于13.4 dBm;三阶交调改善大于等于40.2 dBc。仿真时使用的是一个封装好功放模块,该模块内包含功率管MRF9742和直流偏置电路及输入/输出匹配电路等,预失真功放电路如图7所示。

一种用于射频功率放大器的新型预失真器的设计

3.2 射频功放仿真结果

仿真结果如图8,图9所示。

一种用于射频功率放大器的新型预失真器的设计

一种用于射频功率放大器的新型预失真器的设计

其中图8是没加预失真器时功放的输出频谱,图9是加了预失真器后的功率放大器的输出频谱。

4 结论

本文设计了一种带消基频的预失真器,并把此预失真器用于改善射频功率放大器的非线性失真。仿真结果表明,利用本文设计的预失真器可明显补偿传统预失真器的不足,并且可以抑制射频功率放大器的三阶交调失真分量达40 dBc以上。本文有待改进之处在于,可以利用自适应方法来控制电路中可调移相器和衰减器,通过检测输出信号中的三阶交调失真分量的比例,自适应地调节衰减器和移相器,这样可以更好地改善射率放大器的非线性失真。

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发表于 2017-12-13 05:39 233次阅读
基于MOS场效应管的大功率宽频带线性射频放大器设...

RDA6205芯片基本信息介绍

作为目前在世界上使用最为广泛的移动通信标准,自从九十年代开始在全球大规模商用以来,GSM一直展示出强...

发表于 2017-12-13 05:31 189次阅读
RDA6205芯片基本信息介绍

基于TDA5255和XC866单片机的射频收发器...

近距离无线数据通信作为无线接入通信方式中的一种,可广泛应用于遥控、报警、遥测等领域。采用射频收发器件...

发表于 2017-12-13 05:27 163次阅读
基于TDA5255和XC866单片机的射频收发器...

基于FFT的频谱分析仪进行功率与频率测试分析

RF功率的频域测量是传统频谱分析仪和现代的矢量信号分析仪最基本的测试。恰当的测试方法对于避免结果出现...

发表于 2017-12-13 05:24 205次阅读
基于FFT的频谱分析仪进行功率与频率测试分析

基于CDMA系统的基站覆盖方案设计

在当前如火如荼地进行节约型社会建设的形势下,如何以低成本投入和维护支出获得高性能的第三代无线网络覆盖...

发表于 2017-12-13 03:58 54次阅读
基于CDMA系统的基站覆盖方案设计

3G移动通信对射频电缆的需求详解

移动通信对射频电缆的需求 目前,移动通信已成为发展最迅速的领域之一。中国已超过美国成为拥有手机最多的...

发表于 2017-12-13 01:49 90次阅读
3G移动通信对射频电缆的需求详解

新型射频开关转换电路的设计与应用

通常RF系统中有许多输入输出的端口,用多端口网络分析仪分析散射特性价格比较昂贵。所以一般要用开关对多...

发表于 2017-12-12 20:27 78次阅读
新型射频开关转换电路的设计与应用

手机输出功率检测反馈控制电路设计

为了保证系统的容量及互操作性,GSM系统规范对手机发射功率的精度、平坦度、发射频谱纯度以及带外杂散信...

发表于 2017-12-12 17:58 169次阅读
手机输出功率检测反馈控制电路设计

新一代无线接入技术的发展给RF架构带来新挑战

随着移动数据业务的不断增长,以及移动电视、Web2.0、多媒体在线游戏等诸多新型应用涌现,3GPP开...

发表于 2017-12-12 15:32 46次阅读
新一代无线接入技术的发展给RF架构带来新挑战

基站与移动设备不平衡连接解决方法:1.9GHz基...

在lna的设计中主要考虑低噪声系数(nf)、足够的增益(g)和绝对的稳定性。对于本文tma放大器中l...

发表于 2017-12-12 13:30 183次阅读
基站与移动设备不平衡连接解决方法:1.9GHz基...

TD-SCDMA手机射频前端设计分析

TD-SCDMA标准规定的与接收机线性幅频特性有关的指标包括:ACS、阻塞、杂散响应、交调抑制。阻塞...

发表于 2017-12-12 13:26 167次阅读
 TD-SCDMA手机射频前端设计分析

基于无线局域网标准的接收机射频前端设计

本文介绍了一种应用于IEEE 802.11b/g无线局域网标准的2.4 GHz ISM单片CMOS接...

发表于 2017-12-12 13:24 155次阅读
基于无线局域网标准的接收机射频前端设计

基于无源超高频UHF RFID应答器芯片的射频电...

本论文提出的射频电路芯片采用支持肖特基二极管和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)的Charte...

发表于 2017-12-12 13:21 272次阅读
基于无源超高频UHF RFID应答器芯片的射频电...

基于峰值检波器的射频功率测量方案

随着射频传输的应用,对射频功率测量的需要也随之产生。最简单的方法基于著名的峰值检波器,该检波器是一种...

发表于 2017-12-12 12:31 130次阅读
基于峰值检波器的射频功率测量方案

基于WiMAX技术5.8G无线专网射频系统设计解...

WiMAX作为一项无线城域网技术,同当前的3G以及WIFI相比,在带宽、覆盖范围及数据率上具有明显的...

发表于 2017-12-12 12:05 139次阅读
基于WiMAX技术5.8G无线专网射频系统设计解...

蓝牙设备RF部分的测试项目介绍

蓝牙设备工作于ISM频段,通过高斯频移键控(GFSK)数字频率调制技术实现彼此间的通信,设备间采用时...

发表于 2017-12-11 20:53 153次阅读
蓝牙设备RF部分的测试项目介绍

采用PCTF技术降低微波/射频器件成本的封装方案

射频/微波器件的封装设计非常重要,封装可以保护器件,同时也会影响器件的性能。因此封装一定要能提供优 ...

发表于 2017-12-11 17:03 122次阅读
采用PCTF技术降低微波/射频器件成本的封装方案

AWR射频、微波设计软件及其应用对象分析

射频 、 微波 设计 的布线过程在整个 电路 性能设计中是最重要的,因此必须与 仿真 工具紧密结合。...

发表于 2017-12-11 16:38 299次阅读
AWR射频、微波设计软件及其应用对象分析

两种基带射频接口协议介绍及基本工作原理分析

3G标准原先就有宽带码分多址(WCDMA)、CDMA2000、时分同步码分多址(TD-SCDMA)3...

发表于 2017-12-11 15:09 160次阅读
两种基带射频接口协议介绍及基本工作原理分析

是什么让射频前端的设计愈发复杂?

直到早期的LTE网络部署,射频系统的设计涉及较少数量的前端组件,也因此相对的简单与直接。当无线网络开...

发表于 2017-12-11 14:43 1667次阅读
是什么让射频前端的设计愈发复杂?

基于0.35μmCMOS工艺的射频压控振荡器设计

基于0.35μm工艺,考虑低压和低功耗,设计了一个工作频率为4.2GHz的VCO,并在该电路中分别采...

发表于 2017-12-11 14:24 111次阅读
基于0.35μmCMOS工艺的射频压控振荡器设计

基于DRFM的数据采集前端的设计思路和方法

本文以DRFM设计为核心,着重介绍了DRFM的数据采集前端的设计思路和方法。在超高速数据采集领域,数...

发表于 2017-12-11 12:45 112次阅读
基于DRFM的数据采集前端的设计思路和方法

提升宽带RRU用户感知,保证功放效率是关键

为了应对TD网络扩容、TD-LTE试验的高质量网络需求以及各类新技术带来的频率资源竞争问题,中国移动...

发表于 2017-12-11 10:50 41次阅读
提升宽带RRU用户感知,保证功放效率是关键

射频放大器综合性能的分配设计及仿真分析

本文基于复平面圆图提出了一种小信号时射频放大器的分配方案,分析了射频放大器的特性,给出了增益、驻波比...

发表于 2017-12-11 06:16 211次阅读
射频放大器综合性能的分配设计及仿真分析

基于SPCE061A单片机的信号分析系统的总体...

射频识别RFID技术是一种基于射频原理实现的非接触式自动识别技术。它的基本原理是信号通过空间耦合(交...

发表于 2017-12-11 04:59 58次阅读
 基于SPCE061A单片机的信号分析系统的总体...

射频单收芯片--RNC2410的应用解析

卫星导航定位技术目前已成为人类活动中普遍采用的导航定位技术,并迅速发展成为一个新兴的产业卫星导航定位...

发表于 2017-12-11 04:01 32次阅读
射频单收芯片--RNC2410的应用解析

非接触式的射频读卡器设计分析

无线射频识别技术(RFID)作为一项先进的自动识别和数据采集技术,已经广泛应用到生产制造、物流管理、...

发表于 2017-12-11 02:19 69次阅读
非接触式的射频读卡器设计分析

基于TRF7960单片机的射频读卡器软硬件设计方...

无线射频识别技术(RFID)作为一项先进的自动识别和数据采集技术,已经广泛应用到生产制造、物流管理、...

发表于 2017-12-10 20:56 80次阅读
基于TRF7960单片机的射频读卡器软硬件设计方...

RF电感的类型及其常见用法讨论

在手机、RFID、测试设备、GPS、雷达、Wi-Fi以及卫星无线电等应用的高频模拟电路和信号处理中,...

发表于 2017-12-10 20:23 37次阅读
RF电感的类型及其常见用法讨论

硅工艺的天线自动调节技术

Sub-GHz(即频率为1GHz以下,27MHz~960 MHz)是无线通信的重要领域之一,应用涵盖...

发表于 2017-12-10 19:11 21次阅读
硅工艺的天线自动调节技术

首款LXI C 类标准的频率计数器Agilent...

安捷伦科技公司日前宣布推出首款符合 LXI C 类标准的频率计数器Agilent 53200 系列射...

发表于 2017-12-10 18:26 47次阅读
首款LXI C 类标准的频率计数器Agilent...