模拟预畸变在射频功放中的应用

摘要：随着通信产业的不断发展，对功率放大器的线性度要求越来越高。本文主要说明了利用一个预畸变电路来改善功率放大器的线性度。同时提供仿真结果，对数据进行说明。

关键词：功率放大器 模拟预畸变 射频

中图分类号：TN929文献标识码：A文章编号：1007-9416(2012)02-0069-02

Application of pre-distortion circuit in RFPA

Yin Wenbin Lou Jianzhong

Hebei University Baoding Hebei China 071000

Abstract:With the development of the communication industry, the linearity of power amplifiers is becoming more and more important. Using a pre-distortion circuit to improve the linearity of power amplifier in this paper. Given the simulation results and descrip the data.

Keywords:power amplifier analog Pre-distortionradio frequency

随着无线通信用户的逐年增加，无线信道变得越来越拥挤，为了提高对频谱的利用率，提出了各种线性化技术如前馈、负反馈和预畸变[3]。这几种技术都有各自的优缺点，下面简要说明之。前馈具有较宽的带宽和较好的线性度但效率不高。负反馈可以控制功放的输入输出阻抗，减小功放对元件的敏感性。但负反馈受反馈网络延迟的限制，带宽有限不适合宽带放大电路，同时很容易因为相位的原因造成系统不稳定。预畸变技术具有无条件稳定、成本低廉、带宽适中等优势。模拟预畸变电路不但结构简单成本低，而且线性度好且带宽适中。本文主要说明了一种模拟预畸变电路，该电路具有稳定性高、效率高、精度高、对功放线性度改善显著等优点。

1、射频功率放大器的非线性特性

通信系统都由混频器、低噪声放大器、功率放大器、天线等主要部件组成，其中功率放大器是非线性最强的器件，下面简要推导射频功率放大器的非线性模型。

假设输入信号为，输出信号为，且系统为无记忆的，则他们之间的关系为

这里使用单频信号进行推导，设，所以可以写为

由上式可知[1]，输出分量除了基频之外，还产生了直流分量和谐波分量和。如果输入的测试信号为双频信号（ ），除了可以得到所需的基频分量之外和无用的谐波之外，还可以得到很多交调分量如二阶交调、三阶交调和。其中、一般落在通带之内，是主要的失真分量。

2、模拟预畸变

基本思想为让功放的输入信号的幅度和相位产生预定的反畸变用以抵消功放本身所存在的非线性失真。其系统框图和原理图如下所示：

3、模拟预畸变的电路实现

这里主要设计了一种基于二极管的预畸变电路，连接在功率放大器之前。该电路主要包括一个匹配电路、多个二极管、几个电容、一个电桥和一个控制电压。该电路的创新之处在于：按照输入信号自动调节模拟预畸变电路的工作状态。电路原理图如图3所示[2]：

4、仿真结果

这里主要使用双音信号对预畸变电路进行测试仿真，仿真结果如图4,图5所示：

图中可以看出，加上预畸变电路能够对三阶交调分量（m3、m4）起到明显的抑制作用。

5、结语

从图中可以看出IM3有了15到20dB左右的改善。同时这个电路的优点在于：一是采用了与主功率管失真特性相近的二极管可以省略掉很复杂的自适应电路。二是克服了用单片机或者DSP的运算频率远低于射频而无法实现对功放失真有效补偿的缺点。三是该电路可以适应多种功率放大器，通过调整VCC的电压值同时还满足温度特性。最后，由于用了3dB电桥，能够保持很好的线性。

参考文献

[1]David M. Pozar.微波工程[M].北京:电子工业出版社,2006.

[2]Youn Sub Noh,Chul Soon Park.PCS/W-CDMA Dual-Band MMIC Power Amplifier With a newly Proposed Linearizing Bias Circuit[C].IEEE JOURNAL OF SOLD-STATE CIRCUIT,VOL.37,NO.9,SEPTEMBER 2002:1096-1099.

[3]张鹏,官伯然.模拟预失真在高功率放大器中的应用[J].微电子技术,2005,(12):88-89.

作者简介

尹文斌,男，1987年生，硕士研究生，研究方向为射频集成电路设计。

娄建中,男，1966年生，硕士生导师，研究方向为微电子机械系统，集成电CAD与电子系统集成。