一种新的用于射频功率放大器的预失真器

2006-08-10 15:46:48来源: 现代电子技术

  在各种射频功率放大器线性化技术中,前馈技术有很高的线性度和带宽,但是其电路结构复杂,成本昂贵,而且效率低,他主要用于大功率放大器中,在直放站中,预失真技术就有一定优势,他的成本低,功耗小、电路结构简单。在机失真RF功率放大器中,放大器性能的好坏主要取决于预失真器的特性。好的预失真器可以大大提高功率放大器的线性度,更好地抑制频谱再生。本文研究了一种能够分别产生IM3和IM5的预失真器,他能很好地改善3阶和5阶交调分量。

1 预失真器的电路结构

  基本的谐波发生器电路如图1所示。

         

  这个谐波发生器由2个具有相同特性的肖特基二极管(本文采用Skyworks公司的SMS3922)、电容、电阻和180°3dB电桥耦合器组成。2个二极管加有不同的偏置电压,使其工作在不同的非线性区,以产生失真信号。电容电阻吸收一定带内信号,设在谐波发生器的输入端加等副的双音信号Vi:

  Vi=Acosω1t+Acosω2t (1)

  其中:A是双音信号的幅值;ω1,ω2是双音信号的频率且ω1≠ω2。并假设谐波发生器的非线性传输函数为y=f(x),输出为V0。即:V0=f(Vi)。将其展开成幂级数的形式为:

      

  通过控制二极管偏置电压,即可适当调节式(2)中的系数bi(i=1,2,3…),从而使式(2)能够分别独立地产生IM3和IM5信号,在预失真线性化电路中,采用2个谐波发生器,一路用于产生IM3信号,另一路用于产生IM5信号。这样就可以分别控制RF功率放大器所产生的3阶交调和5阶交调分量。

  在ADS中对图1的电路进行双音测试仿真。调节各二极管的偏置电压,即可在输出端产生所要的IM3和IM5。仿真结果分别如图2(a)和(b)所示。从仿真结果可以看到,输出端还含有基频成分,为了将基频成分对消掉,还要对图1的电路进行改进,加一路对消电路。在输入端加一功分器,一路接基本的谐波发生器,另一路通过衰减器和相移器调节后,再与基本的谐波发生器的输出经过合路器合成,如图3所示。

         
          

  适当调节衰减器和相移器,使得上一支路的基频信号和谐波发生器输出端的基频信号,在幅度上相等,而相位相差180°,从而就可以将基频信号对消掉。仿真结果如图4(a)和(b)所示。

            

2 试验结果

  为了验证本文研究的预失真器的有效性,将该预失真器应用于5W CDMA射频功率放大器中,并在ADS中进行双音测试仿真,仿真电路框图如图5所示。

        

  本仿真试验中,主功放采用的是Freescale公司的MRF9045射频器件,矢量调节器由衰减器和相移器组成,用于调节失真信号的幅度和相位,使其与主功放产生的三阶和五阶交调分量在幅度上相等,而相位相差180°,以便最大限度地对消三阶和五阶交调分量。在ADS中进行双音谐波平衡仿真(2-Tone HB),以测试功率放大器的线性度。在不加预失真情况下,在该放大器输出功率是5W时,失真较大,双音交调IMD3和IMD5分别如图6(a)所示。当采用本文中的预失真技术后,IMD3和IMD5得到明显改善,如图6(b)所示。

      

  从仿真结果可以看到,在采用本文中的预失真技术后,IMD3和IMD5分别改善了14dBc和9dBc。

3 结语

  在仿真试验中证实了本文预失真器的有效性。将其用于5W CDMA射频功率放大器中,双音测试表明,IMD3和IMD5得到明显改善,分别改善了14dBc和9dBc。

  本文介绍的用谐波发生器实现预失真的线性化技术,由于靠调节两个二极管的偏置电压,使其分别产生IM3和IM5,因此很容易作为自适应的控制端,运用自适应算法进行更准确的调节,使得IM3和IM5有更好的改善。

关键字:谐波  双音  基频  放大

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