射频功率放大器线性化技术发展现状的研究
1.引言
1.1 论文背景
在现代无线通信系统之中，射频前端部件对于系统的影响起到了至关重要的作用。随着科技的进步，射频前端元件如低噪声放大器（LNA）、混频器（Mixer）、功率放大器（PA）等都已经集成到一块收发器之中，但其中对性能影响最大是功率放大器。功率放大器是一种将电源所提供的能量提供给交流信号的器件，使得无线信号可以有效地发射出去。根据功率放大器的分析模型（泰勒级数模型），可知到当输入信号的幅度很小的时候，对于功率放大器的非线性特性影响较小。但当输入信号的幅度比较大的时候，就会对功率放大器的非线性度产生很大的影响，所以说对功率放大器的非线性性能产生影响的关键因素就是输入信号幅度的增强并且不断地变化。随着无线用户数量人数的不断增加，有限的通信频段变得越来越拥挤。为了提高频谱的利用效率，线性化调制技术技术譬如正交幅度调制（QAM）、正交相位键控（QPSK）、正交频分复用（OFDM）就在现代的无线通信之中就被广泛的应用，因为这几种技术的频谱利用率更高。但是这些线性化调制技术都是包络调制信号，这就必然会引入非线性失真的问题。通信系统中的很多有源器件都是非线性器件，一旦包络调制信号通过该系统时，就会产生非线性失真，谐波的频段很多时候会影响到相邻的信道中的信号，会对系统产生一定程度的干扰，因此高功率高频率的射频发射系统的输入信号也必须控制在一定的幅度范围以内。对于那些包络变化的线性化调制技术就必须采用线性发射系统。然而发射系统中非线性最强的器件是功率放大器，同时发射系统都要求有尽量高的发射效率，所以为了效率，射频功放基本都工作在非线性状态，所以如何提高功率放大器的线性度就显得异常关键。现在整个通信领域，射频功率放大器的线性化技术已成为一个越来越重要的研究领域。
1.2射频功率放大器线性化技术国内外研究现状
RF功率放大器的线性化技术研究可以追溯到1920年，1928美国人Harold．S．Black 在贝尔实验室工作的发明了负反馈和前馈技术并应用到放大器设计中，功率放大器的失真得到了明显的改善。当时的线性化技术都是从器件本身来改善功率放大器的线性度，并且工作的频率也比较低。在无线通信技术的兴起和飞速发展的过程中，RF功率放大器的线性化技术得到空前的发展，主要体现在以下两方面：
1.随着功放线性化技术得到广泛研究和发展，大批线性化技术已露端倪，其中具有代表性的技术包括自适应前馈线性化技术、Linear amplification using Nonlinear Components技术、基于查找表的自适应基带预失真技术、Envelope Elimination and Restoration技术、Combined Analogue Locked LOOP Universal Modular(CALLUM)技术，功率回退技术等。
2.研究也从器件的非线性化设计扩展到了整个系统的设计，开始着手从系统的角度改善射频功放的非线性问题。
3. 世界各国的学术界和工业界在该技术的研究上投入了大量的人力、物力，对射频功放的线性化技术研究都非常重视。相比之下，我国对该技术投入不够，需要加大研究力度。
2.功率放大器的线性化技术
2.1前馈技术
1928 在贝尔实验室工作的Harold.S.Black 发明了前馈技术，成功应用到放大器之中，从而有效地减少了放大器的失真，这两个技术原理简单，性能优良，可以认为是线性化研究的开端。前馈系统是开环系统且无条件稳定，相比于反馈线性化技术和预失真技术，前馈技术应该说它是一种老技术，除了校准是加于输出之外，在概念上完全是“反馈”，不过是不同的执行方法。前馈克服了延迟带来的影响。可以说，前馈提供了反馈的优点，又不受稳定性和带宽的限制。最基本的前馈放大器由两个环路组成：环路l由功分器、主功率放大器、定向耦合器、衰减器、移相器、延时线和合成器组成。输入的RF信号经功分器后被分成上下两支路信号：上分支路为主功率放大器支路，RF载波信号经过该主功率放大器后得到放大的载波信号和互调失真信号；下分支路为失真提取支路，RF载波信号经过该支路首先被延时，上支路经过主功率放大器输出的互调失真信号经衰减器和移相器后，与下支路延时后的信号在合成器中合成，调节衰减器和移相器使两支路信号获得相位差为180°、振幅相等，这样就能够抵消下支路的RF载波信号，在合成器的输出端可以得到只有互调失真的信号。所以该环路又被称为失真信号提取环路。环路2，也叫失真信号对消环路，由延时线、误差信号放大器、衰减器、移相器和合成器组成。该环路也有两条支路构成：上支路将主功率放大器输出的载波信号和互调失真信号经过延时后送入合成器；下支路将环路1提取出的互调失真信号进行放大、移相后也送入合成器，调节衰减器和移相器，直到合成器输出的信号中互调失真信号很小，而此时输出信号就有很好的线性度。前馈技术对于功放的线性度的提升是明显，但其也有很多的局限性，比如系统复杂、精度要求高等，成本就相对大了很多。
2.2负反馈技术
负反馈线性化技术历史悠久，可以说是最早发明的一种线性化技术，减少功率放大器失真最简单和最明显的方法，应该就是负反馈方法。通过这些年的研究，负反馈技术是最普遍的消除失真的方法，它在音频功率放大器中有非常大的优势，由于音频信号带宽比较窄，所以利用这种负反馈技术可以很容易的实现稳定性，而他本身固有的缺点，如增益带宽的限制和增益线性度的不足对于音频放大器来说并不构成困难。但在RF功率放大器中，这个问题就显得比较明显。在设计中应该进行充分考虑，因为它的带宽要远远大于音频信号，并且环路的延迟非常明显。所以该技术被泛地应用在很多领域，可以说在线性化系统中负反馈技术有很多明显的优点：比如对失真有比较理想抑制作用，负反馈线性化技术还可以控制功放的输入输出阻抗和减小噪声的影响，减小功放元件对温度的敏感性。当然负反馈技术也存在着很多不可忽视的缺点：负反馈改善系统线性度的同时是需要牺牲功放的增益，用来达到压缩信号的失真。负反馈技术带宽非常有限不适合宽带放大电路，若相位控制不好，很容易产生正反馈导致系统的不稳定。
2.3 EER(Envelope Elimination and Restoration)技术
EER技术中射频输入信号的幅度和相位分开，相位信号经过非线性功率放大器。
此类放大器工作在开关状态，故从理论上来讲会有100％的效率。同样，幅度信号在被放大之前可以从射频输入信号分离出来。而在信号被放大的过程中，包络信号又可以恢复到载波信号中，这是根据射频功率放大器的偏置电压做到的。幅度信号和相位信号在时间的要求方面要尽量一致。针对这一问题，故在相位信号支路加入延时线，力求根据控制该线的长短来满足上述要求。当然EER技术本身也存在缺点。如前面所描述的那样，当包络恢复到载波信号时，是根据调节射频功率放大器的偏置电压来完成实现的，其实调节漏极电压来校正放大器的输出信号的幅度时，相位本身也在变化。这样就会把有用信号的频谱延伸，从而消弱了射频功率放大器的线性度。另外，包络恢复反馈环路的动态范围也比较小。
2.4 LINC技术和CALLUM技术
LINC(Linear amplification with Nonlinear Components)线性化技术是在1974年提出的。LINC技术更加适合幅度和相位同时变化的调制技术。LINC技术把带通输入信号分成两个只有恒包络信号Sl、S2。但是它们的相位却是变化的。这两个恒包络信号分别通过上下支路的功率放大器，分别放大后再进行合成，就可以实现输入信号的放大功能。信号分离是利用DSP来完成实现的。当信号被分离以后，经过放大器放大后，再经过合成器合成，最终在输出端得到输入信号的放大信号。其中比较难控制的是，如何使两个放大器支路做到完全匹配，并且有着相同的相位和增益特性。对于相位相同的信号能够进行相加，而对于相位相反的信号能够做到相减，也就是能够做到相互抵消。
CALLUM(Combined Analogue．Locked L00p Universal Modulator)是一种起源LINC的技术。CALLUM技术采用笛卡儿反馈，输出信号被反馈回去，应用QAM下变频为正交信号分别与基带的正交信号分量进行比较。因为LINC在其支路上很难实现增益和相位的完全匹配，所以对失真信号的消除改变不够明显。而CALLUM受限于其反馈结构，只能在窄带通信系统中使用。经过功率放大器输出后进行合成，正是这种合成使得效率和功率大大消减。在当今的线性化技术中，各个技术都有其的优缺点，为了弥补技术本身的缺点，通常可以把几种技术结合起来，达到取长补短的作用。比如就有包络反馈预失真、RF反馈与前馈结合等技术的诞生。
2.4 预失真技术
预失真线性化技术是一种被广泛使用的射频功率放大器线性化技术之一，根据预失真器放在发射机中的不同位置，可以分为基带预失真技术、中频预失真技术和射频预失真技术,根据预失真器处理信号的不同形式，又可以分为数字预失真技术和模拟预失真技术。预失真技术是当前处理功率放大器非线性特性较好的技术之一，这个技术的基本思想是:通过在功率放大器和输入信号之间插入一个产生反向功率放大器（PA）特性的响应预失真模块（PD）对输入的信号先进行适当的预处理之后再馈入PA 之中以补偿由PA 的非常而产生的AM-AM、AM-PM失真，最终结果是使得整个PA和PD级联电路的输入输出特性呈现线性的关系。简而言之，这种技术就是预先使功率放大器的输入信号的幅度和相位产生预定的反失真。去抵消功率放大器本身所存在的非线性失真。跟反馈技术相比，预失真技术的优点
是有更宽的频带，能够时处理含多载波的信号。
2.41 数字预失真技术
数字预失真技术是指在通信系统的基带部分完成信号预失真的功能，以得到能够满足功率放大器线性化指标。在数字预失真技术中DSP、FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片是预失真系统的主要组成部分。调制信号通过预失真器得到失真信号，失真信号通过D ／A转换器变成模拟信号，模拟信号被调制到RF载波信号上，最后进入RF功率放大器，得到线性化输出。RF功率放大器的输出被定向耦合器提取一部分，经过解调后返回到基带部分，该信号通过A／D转换器变成数字信号，该信号是用来调节预失真的性能，使得输出信号的线性化更加可观。
2.42 模拟预失真技术
模拟预失真技术的实现有多重方式。如串联二极管预失真器，它主要有一个肖特基二极管并联一个电容来实现的。这种结构可以在低电压偏置下获得正的幅度和负的相位。通过调节偏压和电容来完成预失真器的功能，从而使得预失真器的非线性与放大器的非线性完全相反。但其对线性度改善并不明显，不过却是一种低成本的简单可行的方法。此外还有并联二极管预失真器。另外采用变容二极管实现预失真功能也是一种常用的方法，该方法主要有两部分功能区改善功率放大器的线性度。变容二极管是用来补偿功率放大器的AM-PM效应，而为了补偿功率放大器的AM-AM效应，该预失真器引入了二阶谐波控制技术。该技术比起简单的串、并联二极管技术，它的插入损耗要低很多。该技术应用于砷化镓场效应单管功率放大器变容二极管可以对GaAs FET输入端进行容性补偿，目的在于消除功率放大器的AM-PM效应。采用二阶谐波注入技术补偿了功率放大器的AM-AM非线性特性。这样就可以很好的消除AM-PM、AM-AM效应，从而使功率放大器的线性度有所改善。另外还有诸如场效应管预失真器，谐波预失真器，二极管反向平行对的预失真器等模拟预失真技术。
3总结
在以上讨论的各种线性化技术中，前馈线性化技术具有较宽的带宽和较好的线性度改善，但是效率不高。负反馈技术对失真有比较理想的抑制作用，还可以控制功放的输入输出阻抗和减小噪声的影响，减小功放元件对温度的敏感性，但负反馈技术在改善系统线性度的同时是需要牺牲功放的增益，用来达到压缩信号的失真。负反馈技术带宽非常有限不适合宽带放大电路，若相位控制不好，很容易产生正反馈导致系统的不稳定。预失真线性化技术具有无条件稳定、成本低廉、带宽适中等优势。模拟预失真电路不但系统结构简单成本低，而且线性度改善较好同时带宽适中。但是模拟预畸变的工作带宽受限于模拟预畸变器和功放本身的相位平坦度和增益。
通过对射频功放线性化技术的总结，可以粗略的看到一些未来的趋势。射频功率放大器会向着低功耗、高线性度的方向发展。随着各种线性化调制技术的不断采用，射频功放的非线性会越来越突出，所以如何提高线性度将会是一个非常重要的研究课题。随着时间的推移，工作效率越来越高、线性度越来越高的射频功放将会不断地被研究出来。
通过对本次论文课题的研究学习，加深了对射频功率放大器线性化技术的理解，对射频功率放大器的发展现状和存在的问题有了一个更为全面的了解和学习，明晰了射频功率放大器未来发展的趋势，为今后的学习研究提供了参考。
微波线性功率放大器综述 1概述 微波线性功率放大器在现代微波（无线）通信系统中的重要性越来越大。特别是在CDMA 体制移动通信系统中，线性功率放大器已经是必不可少的重要部件。 2基本指标 2.1 AM/AM AM/PM失真 一个HPA的线性特征可以用AM/AM和AM/PM 曲线来表示. 输入的RF 信号可以表示为： x(t)=R i(t)?cos[ω0t+θx(t)] (1) 相应的输出表示为： y(t)=G[R i(f)] ?cos{ω0t+θx(t)+ψ[R i(f)]} (2) 其中G和ψ表示AM/AM 和AM/PM曲线，如图一。 图. 1 实测的放大器失真曲线 理想的线性功放的曲线如图2。 图. 2 理想的放大器AM/AM和AM/PM曲线
2.2 双音IMD 、IP3、P1dB 双音IMD ，在放大器输入端加入两个CW 信号，在放大器的输出端测量的3阶、5阶等信号大小，以dBc 表示。 IP3 IMD 、IP3及P 1dB 定义图示 2.3 ACPR ACPR 主要应用在象CDMA 这样的宽频谱信号的研究上。邻道功率（ACP ）定义为当主信道加一信号时，紧邻主信道的两个信道内的功率大小。邻道功率的产生主要来自两个方面，一是由于器件的非线性作用产生，二是由于主信道信号本身频谱较信道宽。ACPR 定义为ACP 功率与主信道功率的比值。 图3 邻道功率（ACP ）定义 图4 器件非线性产生的邻道功率 对移动通信的CDMA 信号而言，其IM3（即ACPR ）与IP3的关系可以通过一公式表示。 IP3=-5log[P IM3(f 1,f 2)B 3/P O [(3B-f 1)3-(3B-f 2)3]]+22.2 (dBm) 其中： P IM3(f 1,f 2) 表示要求的IM3的输出功率（W ） B 表示二分之一CDMA 信号带宽 （KHz ） f 1,f 2表示两个边带频率相对于中心频率的差值（KHz ）
线性化微波功放现状及发展趋势 学院：电子工程学院 专业：电磁场与微波技术 教师：徐瑞敏教授 姓名：XXX 学号：2014210202XX 报告日期：2014.10.26
线性化微波功放现状及发展趋势 一、引言 电磁波和低频率端相比高频率端拥有其独特的优点，近年来尤其是微波毫米波电路作为航空航天的无线通信手段得到广泛应用。但是在几乎所有的微波电子系统中，要将信号放大都需要微波功放，因此微波功放在微波有源电路中拥有了无可比拟的重要地位。对微波功放,除了有一定的功率输出和增益指标以外,线性度也是一个十分重要的指标。例如在微波测试设备中,由于功放的非线性失真所产生的谐波往往影响了测试精度;在移动通信的基站和移动站中,功放的非线性失真往往会产生邻道干扰,从而引起信号失真。因此,在这些设备中对功放的线性度提出了很高的要求。 对功放线性度的衡量可从两个指标来考察:一为谐波抑制度,当放大器输人频率为f0的单频信号时,由于非线性失真,会产生频率为nf0等的谐波,如图1所示,输出主频与谐波的功率电平之差即为谐波抑制度,用dBc表示。 第二个衡量指标为三阶交调系数。当放大器输人一定频率间隔(例如SMH:)、幅度相同的频率为f,和f:两信号时,由于非线性失真,在放大器输出端除了放大的f’,和f:外,还有2j,;一J:和2j:一f,,此为三阶交调频率,如图1(b)所示,主频与三阶交调频率的功率电平之差即为功放的三阶交调系数,用(IBc表示也可用一分贝压缩点来表示功放的线性度的,一分贝压缩点与三阶交调之间具有换算关系。 二、功率放大器的非线性特性 现在一方面人们追求更高的功率利用率，另一方面是日益发展的无线通信产业的要求迫使我们不得不给予功率放大器的线性化问题以足够重视。要研究线性化技术，首先必须了解功率放大器的非线性失真特性，以做到有的放矢。 理想情况下，功率放大器工作在线性状态，传输系数与输入信号的幅度和相位无关。但在实际情况中并非这么简单，由于晶体管的特性，在达到一定输入功率时，放大器将呈现出非线性。信号的输入输出不在是上面简单的函数关系。放大器随着输入信号的增大，从线性区进入非线性区，此时功放的增益不再是常数，而是一个与输入信号有关的变量，输入输出呈非线性，甚至在达到一定输入功率后，功放输出将不再增加。此外功率放大器输出端产生了与输入频率有关的新的频率分量，当信号输入时，除了基波分量，还会出现各阶互调分量和高次谐波分量。这种非线性特性，在通信系统中对相邻信道的干扰，降低系统的性能。对于
实验四：射频功率放大器 【实验目的】 通过功率放大器实验，让学生了解功率放大器的基本结构，工作原理及其设计步骤，掌握功率放大器增益、输出功率、频率范围、线性度、效率和输入/输出端口驻波比等主要性能指标的测试方法，以此加深对以上各项性能指标的理解。 【实验环境】 1．实验分组：每组2~4人 2．实验设备：直流电源一台，频谱仪一台，矢量网络分析仪一台，功率计一只，10dB衰减器一个，万用表一只，功率放大器实验电路 板一套 【实验原理】 一、功率放大器简介 功率放大器总体可分成A、B、C、D、E、F六类。而这六个小类又可以归入不同的大类，这种大类的分类原则，大致有两种：一种是按照晶体管的导通情况分，另一种按晶体管的等效电路分。按照信号一周期内晶体管的导通情况，即按导通角大小，功率放大器可分A、B、C三类。在信号的一周期内管子均导通，导θ（在信号周期一周内，导通角度的一半定义为导通角θ），称为A 通角? =180 θ。导通时间小于一半周期的类。一周期内只有一半导通的成为B类，即? =90 θ。如果按照晶体管的等效电路分，则A、B、C属于一大称为C类，此时? <90 类，它们的特点是：输入均为正弦波，晶体管都等效为一个受控电流源。而D、E、F属于另一类功放，它们的导通角都近似等于? 90，均属于高功率的非线性放大器。 二、功率放大器的技术要求 功率放大器用于通信发射机的最前端，常与天线或双工器相接。它的技术要求为： 1. 效率越高越好 2. 线性度越高越好 3. 足够高的增益
4. 足够高的输出功率 5. 足够大的动态范围 6. 良好的匹配（与前接天线或开关器） 三、功率放大器的主要性能指标 1.工作频率 2.输出功率 3.效率 4.杂散输出与噪声 5.线性度 6.隔离度 四、功率放大器的设计步骤 1.依据应用要求（功率、频率、带宽、增益、功耗等），选择合适的晶体管 2.确定功率放大器的电路和类型 3.确定放大器的直流工作点和设计偏置电路 4.确定最大功率输出阻抗 5.将最大输出阻抗匹配到负载阻抗（输出匹配网络） 6.确定放大器输入阻抗 7.将放大器输入阻抗匹配到实际的源阻抗（输入匹配网络） 8.仿真功率放大器的性能和优化 9.电路制作与性能测试 10.性能测量与标定 五、本实验所用功率放大器的简要设计过程 1. PA 2. 晶体管的选择 本实验所选用的晶体管为安捷伦公司的ATF54143_PHEMT，这种晶体管适合用来设计功率放大器。单管在～处能达到的最大资用增益大于18dB，而1dB压缩点高于21dB。
南昌大学实验报告 学生姓名：付文平学号： 6102215151 专业班级：通信154班实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期： 2017.10.31 实验成绩：实验名称：非线性丙类功率放大器实验报告 一、实验目的 1、了解丙类功率放大器的基本工作原理，掌握丙类功率放大器的调谐特性以及负载变化时的动态特性。 2、了解激励信号变化对功率放大器工作状态的影响。 3、比较甲类功率放大器与丙类功率放大器的功率、效率与特点。 二、实验内容 1、观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点。 2、测试丙类功放的调谐特性。 3、测试丙类功放的负载特性。 4、观察激励信号变化、负载变化对工作状态的影响。 三、实验仪器 1、信号源模块 1块 2、频率计模块 1块 3、8 号板 1块 4、双踪示波器 1台 四、实验原理 非线性丙类功率放大器的电流导通角θ＜90〇效率可达到80%，通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。特点：非线性丙类功率放大
器通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1％或更小)，基极偏置为负值，电流导通角θ＜90〇，为了不失真地放大信号，它的负载必须是LC谐振回路。 丙类功率放大器 丙类功率放大器的基极偏置电压V BE 是利用发射极电流的直流分量I EO （≈I CO ） 在射极电阻上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号为正弦波时，集电极的输出电流i C 为余弦脉冲波。利用谐振回路LC的选频作用 可输出基波谐振电压v c1,电流i c1 。下图画出了丙类功率放大器的基极与集电极间 的电流、电压波形关系。分析可得下列基本关系式： 式中，V c1m 为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅；I c1m 为集电极基波电流振 幅；R 为集电极回路的谐振阻抗 2 1 2 1 1 12 1 2 1 2 1 R V R I I V P m c m c m c m c C = = = 式中，P C 为集电极输出功率. 式中，P D 为电源V CC 供给的直流功率；I CO 为集电极电流脉冲i C 的直流分量。放大器的效率 1 1 R I V m c m c = CO m c CC m c I I V V 1 1 2 1 ? ? = η
非线性丙类功率放大器实验报告 姓名: 学号: 班级: 日期: 37 38 非线性丙类功率放大器实验 一、实验目的 1. 了解丙类功率放大器的基本工作原理, 掌握丙类放大器的调谐特性以及负载改变时的动态特性。 2. 了解高频功率放大器丙类工作的物理过程以及当激励信号变化对功率放大器工作状态的影响。 3. 比较甲类功率放大器与丙类功率放大器的功率、效率与特点。 二、实验基本原理 非线性丙类功率放大器的电流导通角 o 90<θ, 效率可达到 80%,通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。特点:非线性丙类功率放大器通常用来放大窄带高频信号 (信号的通带宽度只有其中心频率的 1%或更小 ,基极偏置为负值,电流导通角o 90<θ,为了不失真地放大信号,它的负载必须是 LC 谐振回路。 丙类功率放大器
丙类功率放大器的基极偏置电压 V BE 是利用发射极电流的直流分量 I EO (≈ I CO 在射极电阻上产生的压降来提供的,故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号 ' i v 为正弦波时,集电极的输出电流 i C 为余弦脉冲波。利用谐振回路 LC 的选频作用可输出基波谐振电压 v c1, 电流 i c1。图 8-3画出了丙类功率放大器的基极与集电极间的电流、电压波形关系。分析可得下列基本关系式: 011R I V m c m c = 式中, m c V 1为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅; m c I 1为集电极基波电流振幅; 0R 为集电极回路的谐振阻抗。 2102111212121R V R I I V P m c m c m c m c C === 39 式中, P C 为集电极输出功率 CO CC D I V P = 式中, P D 为电源 V CC 供给的直流功率; I CO 为集电极电流脉冲 i C 的直流分量。 放大器的效率η为 CO m c CC m c I I V V 1121? ?
射频功率放大器实时检测的实现 广播电视发射机是一个综合的电子系统，它不仅包括无线发射视音频通道，而且还包括通道的检测和自动控制电路，因此在设计时，它除了必须保证无线通道的技术指标处于正常范围外，还必须设计先进的取样检测和保护报警等电路，以确保发射机工作正常，从而实现发射机在线自动监测和控制。近年来，随着大功率全固态电视发射机多路功率合成技术的发展，越来越多的厂家采用模块化结构设计，因此单个功率放大器模块是整个发射机的基本测单元，本文就着重讨论单个模块的检测和控制电路，从而实现发射机在线状态自动监测。 一、工作原理 在功放模块中，主要检测和控制参数为电源电压，各放大管的工作电流，输出功率，反射功率，过温度和过激励保护等，图1为实现上述检测控制功能的方框图，它由取样放大电路，V/F变换，隔离电路，F/V变换，A/D转换，AT89C51，显示电路和输出保护电路等组成。 1、隔离电路 在功放模块中，由于大功率器件的应用，往往单个模块的输出功率都比较大，因而对小信号存在较大的高频干扰，如处理不好，就会影响后级模数转换电路工作，从而导致检测数据不准确，显示数据跳动的现象，甚至出现误动作。这里采用光电耦合器进行隔离，由于光电耦合器具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性能强、无触点且输入与输出在电气上完全隔离等特点，从而将模拟电路和数字电路完全隔离，保障系统在高电压、大功率辐射环境下安全可靠地工作。 2、LM331频率电压转换器
V/F变换和F/V变换采用集成块LM331，LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频率电压转换器用。LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。同时它动态范围宽，可达100dB；线性度好，最大非线性失真小于0.01％，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达12位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路，并且容易保证转换精度。 图2是由LM331组成的电压频率变换电路，LM331内部由输入比较器、定时比较器、R－S触发器、输出驱动、复零晶体管、能隙基准电路和电流开关等部分组成。输出驱动管采用集电极开路形式，因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配TTL、DTL和CMOS等不同的逻辑电路。 当输入端Vi＋输入一正电压时，输入比较器输出高电平，使R－S触发器置位，输出高电平，输出驱动管导通，输出端f0为逻辑低电平，同时电源Vcc也通过电阻R2对电容C2充电。当电容C2两端充电电压大于Vcc的2/3时，定时比较器输出一高电平，使R－S触发器复位，输出低电平，输出驱动管截止，输出端f0为逻辑高电平，同时，复零晶体管导通，电容C2通过复零晶体管迅速放电；电子开关使电容C3对电阻R3放电。当电容C3放电电压等于输入电压Vi时，输入比较器再次输出高电平，使R－S触发器置位，如此反复循环，构成自激振荡。输出脉冲频率f0与输入电压Vi成正比，从而实现了电压－频率变换。其输入电压和输出频率的关系为：fo=(Vin×R4)/(2.09×R3×R2×C2) 由式知电阻R2、R3、R4、和C2直接影响转换结果f0，因此对元件的精度要有一定的要求，可根据转换精度适当选择。电阻R1和电容C1组成低通滤波器，可减少输入电压中的干扰脉冲，有利于提高转换精度。 同样，由LM331也可构成频率－电压转换电路。
目录 1、术语、定义和缩略语 2、为什么宽带信号要采用线性功放技术（NCDMA、WCDMA) 3、功放线性功化技术分类（前馈和预失真） 4、预失真技术原理简介 5、前馈技术原理 6、800MHz 30W线性功放实现原理和调试方法 7、工艺结构及信号流向图 8、附录 一、术语、定义和缩略语 1、前馈技术：利用主环路和误差环路来改善功率放大器的非线性失真，即将主环路提取的交调失真信号，在误差环中反相并放大后和主功率放大器输出的信号进行交调失真抵消，从而改善功率放大器非线性失真的一种技术 2、主环：将功率放大器输出的信号(含交调失真信号)与输入的信号（不含交调失真信号）在载频抵消电路中进行载频抵消，其输出只含交调失真信号的一种闭环电路 3、误差环：将功率放大器输出的信号（含交调失真信号）与只含交调失真的信号在交调抵消电路中进行交调失真抵消，其输出只含较小失真信号的一种闭环电路。 4、载频抵消：依靠一个定向耦合电路，将耦合通路上的载频信号（含交调失真信号）与通道上同载频信号在定向耦合电路上进行模拟抵消载频信号的过程 5、交调抵消：依靠一个定向耦合电路，将主环输出的交调失真信号放大后耦合在主功率输出的通道上，在定向耦合电路上模拟抵消交调失真信号的过程 6、预失真技术：是依靠在功率放大器的输入通道中插入预失真部件，造成输入信号的预先岐变失真，由于预失真部件的失真特性与功率放大器的非线性失真特性正好相反，从而消除功率放大器输出信号中的非线性失真产物，实现功率放大器线性化改善目标的信号处理方案。预失真技术根据预失真器件的实现方法可以分为模拟预失真和数字预失真。利用模拟器件的非线性行为直接实现功率放大器输入信号预失真的方法称为模拟预失真，通过数字算法对基带信号进行处理实现预失真的方法称为数字预失真。 C D M A码分多址（C o d e D i v i s i o n M u l i t i p l e A c c e s s） L M D S本地点对多点分布系统（L o c a l M u l i t i p o i n t D i s t r i b u t i o n S y s t e m） W L A N无线局域网（W i r e l e s s L o c a l A r e a N e t w o r k） A C P R邻信道泄漏功率抑制比（A d j a c e n t C h a n n e l L e a k a g e P o w e r R a t i o） D S P数字信号处理器（D a t a S i g n a l P r o c e s s o r） F P G A现场可编程门阵列（F i e l d P r o g r a m G a t e A r r a y） L P A线性功率放大器（L i n e r P o w e r A m p l i f i e r） V S W R电压驻波比（V o l t a g e S t a n d i n g W a v e R a t i o） R F射频（R a d i o F r e q u e n c y） I F中频（I n t e r m e d i a t e F r e q u e n c y）
实验七 非线性丙类功率放大器实验 一、 实验目的 1、 了解丙类功率放大器的基本工作原理，掌握丙类放大器的调谐特性以及负载改变时 的动态特性。 2、 了解高频功率放大器丙类工作的物理过程以及当激励信号变化对功率放大器工作状 态的影响。 3、 比较甲类功率放大器与丙类功率放大器的特点 4、 掌握丙类放大器的计算与设计方法。 二、实验内容 1、 观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点 2、 测试丙类功放的调谐特性 3、 测试丙类功放的负载特性 4、 观察激励信号变化、负载变化对工作状态的影响 三、 实验仪器 1、 信号源模块 1块 2、 频率计模块 1块 3、 8 号板 1块 4、 双踪示波器 1台 5、 频率特性测试仪（可选） 1台 6、 万用表 1块 四、实验基本原理 放大器按照电流导通角θ的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型。功率放大器电流导通角θ越小，放大器的效率η越高。 甲类功率放大器的o 180＝ θ，效率η最高只能达到50%，适用于小信号低功率放大，一般作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。
非线性丙类功率放大器的电流导通角o 90<θ，效率可达到80%，通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。特点：非线性丙类功率放大器通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1％或更小)，基极偏置为负值，电流导通角 o 90<θ，为了不失真地放大信号，它的负载必须是LC 谐振回路。 电路原理图如图7-1(见P.48)所示，该实验电路由两级功率放大器组成。其中N 4、T 5组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态，其中R 14、R 15、R 16组成静态偏置电阻。N 4、T 6组成丙类功率放大器。R 18为射极反馈电阻，T 6为谐振回路，甲类功放的输出信号通过R 17送到N 4基极作为丙放的输入信号，此时只有当甲放输出信号大于丙放管N 4基极－射极间的负偏压值时，Q 4才导通工作。与拨码开关相连的电阻为负载回路外接电阻，改变S 1拨码开关的位置可改变并联电阻值，即改变回路Q 值。 下面介绍甲类功放和丙类功放的工作原理及基本关系式。 1、甲类功率放大器 1) 静态工作点 如图7-1所示，甲类功率放大器工作在线性状态，电路的静态工作点由下列关系式确定： 15R I v EQ EQ = BQ CQ I I β= V v v EQ BQ 7.0+= 15R I V v CQ CC CEQ -= 2) 负载特性 如图7-1所示，甲类功率放大器的输出负载由丙类功放的输入阻抗决定，两级间通过变压器进行耦合，因此甲类功放的交流输出功率P 0可表示为： B H P P η' 0= 式中，' H P 为输出负载上的实际功率，B η为变压器的传输效率，一般为B η＝0.75～0.85 图7-2为甲类功放的负载特性。为获得最大不失真输出功率，静态工作点Q 应选在交流负载线AB 的中点，此时集电极的负载电阻R H 称为最佳负载电阻。集电极的输出功率P C 的表达式为：
1.1 研究背景 随着人类社会进入信息化时代，无线通信技术有了飞速的发展，从手机，无线局域网，蓝牙等，到航空航天宇宙探测，已经深入到当今社会生活的各个方面，成为社会生活和发展不可或缺的一部分。无线通信设备由最初体积庞大且功能单一的时代，发展到如今的口袋尺寸，方寸之间集成了各类功能强大的电路。这些翻天覆地的变化，都离不开射频与微波技术的支持。而急速增长的应用需求又促使着射频微波领域不断的研究，更新换代。快速的发展使得射频微波领域的研究进入了白热化阶段，而在几乎所有的射频与微波系统中，都离不开信号的放大，射频与微波功率放大器作为系统中功耗最大，产生非线性最强的模块，它的性能将直接影响系统性能的优劣，由于其在射频微波系统中的突出位置，功率放大器的研究也成为射频微波领域研究的一个十分重要的方向[1]。 功率放大器作为射频微波系统中最重要的有源模块，其理论方面已经十分成熟。 A 类、 B 类、 C 类、 D 类、AB 类、E/I E 类、F/I F 类、Doherty等各类功率放大器也已经成功应用到各个领域。 1.2射频功率放大器的发展现状 射频功率放大器的核心器件为其功率元器件——晶体管，它是一种非线性三端口有源半导体器件，它的放大作用，并不是晶体管能凭空产生能量，使能量放大，而是完全由集电极(BJT)或漏极(FET)电源的直流功率转换而来的。晶体管只是起到了一种控制作用，即用比较小的信号去控制直流电源产生随小信号变化的大信号，从而把电源的直流功率转换成为负载上的信号功率。功率放大器的理论知识发展已经十分完善，其面临的更多是一些工程的问题。所以，射频功率放大器性能的提升主要来自于晶体管性能的提升，即半导体技术的发展，和放大器本身电路形式的改进。根据晶体管所用的半导体材料的不同，可以大体将其分为三个不同的发展阶段。第一代半导体材料以硅(Si)和锗( Ge)等元素半导体为主。第二代半导体材料以砷化镓(GaAs)、磷化铟( InP)、锗硅(SiGe)等化合物半导体为代表，相比于第一代半导体材料，其禁带更宽、 1
基于ADS的射频功率放大器仿真设计 1.引言 各种无线通信系统的发展，如GSM、WCDMA、TD-SCDMA、WiMAX和Wi-Fi，大大加速了半导体器件和射频功放的研究过程。射频功放在无线通信系统中起着至关重要的作用，它的设计好坏影响着整个系统的性能。因此，无线通信系统需要设计性能优良的放大器。而且，为了适应无线系统的快速发展，产品开发的周期也是一个重要因素。另外，在各种无线系统中由于采用了不同调制类型和多载波信号，射频工程师为减小功放的非线性失真，尤其是设计无线基站应用的高功率放大器时面临着巨大的挑战。采用Agilent ADS 软件进行电路设计可以掌握设计电路的性能，进一步优化设计参数，同时达到加速产品开发进程的目的。功放（PA）在整个无线通信系统中是非常重要的一环，因为它的输出功率决定了通信距离的长短，其效率决定了电池的消耗程度及使用时间。 2.功率放大器基础 2.1功率放大器的种类 根据输入与输出信号间的大小比例关系，功放可以分为线性放大器与非线性放大器两种。输入线性放大器的有A、B、AB类；属于非线性放大器的则有C、E 等类型的放大器。 （1）A类：其功率器件再输入信号的全部周期类均导通，但效率非常低，理想状态下效率仅为50%。 （2）B类：导通角仅为180°，效率在理想状态下可达到78%。 （3）AB类：导通角大于180°但远小于360°。效率介于30%~60%之间。 （4）C类：导通角小于180°，其输出波形为周期性脉冲。理论上，效率可达100%。 （5）D、E类：其原理是将功率器件当作开关使用。 设计功放电路前必须先考虑系统规格要求的重点，再来选择电路构架。对于射频功放，有的系统需要高效率的功放，有些需要高功率且线性度佳的功放，有些需要较宽的操作频带等，然而这些系统需求往往是相互抵触的。例如，B、C、E类构架的功率放大器皆可达到比较高的效率，但信号的失真却较为严重；而A
短波线性功率放大器的原理与调试 本文就300瓦线性短波功率放大器的原理和调试作个简单介绍。 1 电路结构： z功率放大器由T1（9：1）输入变压器，T3，T4组成的1：4输出变压器，T5，C6，R11-R14组成的负反馈电路，U1，R3，R4，R15，D1，T2等组成的偏流电路，C2-C5，R7-R10组成的频率补偿电路，Q1，Q2功放管等组成的AB类推挽放大器。 z T1把50欧的输入端阻抗转换成5.5欧以配合晶体管的输入阻抗，由C1补偿T1的寄生电感。 z T5，C6，R11-R14组成负反馈电路，C6与T5的一组线圈（1圈）组成谐振电路，降低高频段的反馈量，并减少负反馈电阻R11-R14对T1次级阻抗的影响。 z C2-C5是频率补偿电容，目的是提高放大器在高端的增益。 z上面所述电路的元件参数对放大器的输入驻波、增益的平坦性等有很大的影响，在调试中要通过多次试验而取得放大器各种参数的平衡。 z U1，R3，R4，R15，D1，T2等组成的偏流电路，由紧贴在功放管上的D1跟踪功放管的温度变化，保持偏流的稳定。 z R16是用来检测放大器的工作电流的。 z输出变压器T4的阻抗比是1：4，在低阻端阻抗为12.5欧，根据推挽放大器的理论可计算出功放的不失真最大输出功率 P max=2(48-2)(48-2)/12.5=338W。（P max=2（Vcc-Vsat）*2/R） z输出变压器采用传输变压器形式，用3mm的25欧电缆绕制。 z C12-C17是隔直耦合电容，隔离直流电位，耦合高频信号。 z功放管是用货源较多的拆机ENI21（类似于MRF448，原用于13.56MHZ的射频源），当然可以用TH430,2SC2652,681033等晶体管来代替，但反馈和频率补偿网络的相关参数要作调整。
射频功率放大器是各种无线发射机的主要组成部分。在发射机的前级电路中,调制振荡电路所产生的射频信号功率很小,需要经过一系列的放大如缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。 射频功率放大器电路设计需要对输出功率、激励电平、功耗、失真、效率、尺寸和重量等问题进行综合考虑。 射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率，是研究射频功率放大器的关键。而对功率晶体管的要求，主要是考虑击穿电压、最大集电极电流和最大管耗等参数。 为了实现有效的能量传输，天线和放大器之间需要采用阻抗匹配网络。 3.1.1输出功率 在发射系统中，射频末级功率放大器输出功率的范围可小到毫瓦级（便携式移动通信设备）、大至数千瓦级（发射广播电台）。 为了要实现大功率输出，末级功率放大器的前级放大器单路必须要有足够高的激励功率电平。显然大功率发射系统中，往往由二到三级甚至由四级以上功率放大器组成射频功率放大器，而各级的工作状态也往往不同。 根据对工作频率、输出功率、用途等的不同要求，可以用晶体管、FET 、射频功率集成电路或电子管作为射频功率放大器。 在射频功率方面，目前无论是在输出功率或在最高工作频率方面，电子管仍然占优势。现在已有单管输出功率达2000kW 的巨型电子管，千瓦级以上的发射机大多数还是采用电子管。 当然，晶体管、FET 也在射频大功率方面不断取得新的突破。例如，目前单管的功率输出已超过100W ，若采用功率合成技术，输出功率可以达到3000W 。 3.1.2效率 效率是射频功率放大器极为重要的指标，特别是对于移动通信设备。定义功率放大器的效率，通常采用集电极效率?c 和功率增加效率PAE 两种方法。 1. 集电极效率?c 集电极效率?c 定义为输出功率P out 与电源供给功率P dc 之比，即 dc out p P =c η （3.1.1） 2.功率增加效率（PAE ，power added efficiency ） 功率增加效率定义为输出功率P out 与输入功率P in 的差于电源供给功率P dc 之比，即 c p dc in out PAE A P P P PAE ηη)11(-=-== （3.1.2） 功率增加效率PAE 的定义中包含了功率增益的因素，当有比较大的功率增益。 如何提高输出功率和保证高的效率，是射频功率放大器设计目标的核心。 3.1.3线性 ? 衡量射频功率放大器线性度的指标有三阶互调截点（IP3）、1dB 压缩点、谐波、邻道功率比等。邻道功率比衡量由放大器的非线性引起的频谱再生对邻道的干扰程度。 ? 由于非线性放大器的效率高于现行放大器的效率，射频功率放大器通常采用非线性放大器。但是分线性放大器在放大输入信号的放大的同时会产生一系列的有害影响。 ? 从频谱的角度看，由于非线性的作用，输出信号中会产生新的频率分量，如三阶互调分 量、五阶互调分量等，它干扰了有用信号并使被放大的信号频谱发生变化，即频带展宽了。
功率放大器非线性测量和设计的新范例— NVNA非线性矢量网络仪和ADS基于X参数的功放设计 非线性测量和设计的创新技术— X参数 频率覆盖10MHz-13.5/26.5/43.5/50GHz
我很清楚我所设计的放大器增益随着负载的变化而变化，但是 传统的“Hot S22”在非线性条件下并不能帮我解决问题。 当我将各级功率放大器级联时，总的输出结果并没有像我所想 象的那样。不知道到底是怎么回事? 因此我需要新的工具，能让我 深入了解器件的非线性特性。 如果我能够获得器件基波及谐波的幅度和相位信息，将大大节 省我花在功率合成放大器的匹配电路设计上的时间。 半导体厂家提供的管芯的小信号S参数对我设计放大器几乎没 有作用，我需要大信号激励下管芯的非线性参数。我真希望有一种 测量工具能让我提取出完全表征器件非线性特性的参数。 传统的负载牵引系统并不能帮我解决大信号模型问题，因此我 需要新方法帮我快速提取出器件的大信号模型，从而让我使用ADS 软件有效而且快速地设计出满足指标的功率放大器。 安捷伦科技非线性矢量网络分析仪 (NVNA)荣获《电子产品世界》2008 年度产品奖, 2008年EDN创新奖, 并被选为射频和微波年度最佳产品 2
众所周知，功率放大器是每个发射机系统的核心部件，随着雷达应用、卫概述 星通信及无线通信的迅速发展，要求研发工程师和科学家们不断地研究和设计 出具有更高的输出功率、更高的功率附加效率以及更高的线性度等指标的功率 放大器，以满足更快的数据通信、更宽的雷达信号等需求。这就需要不断提高 半导体功率管的性能，并把对半导体功率管的应用扩展到其性能的极限，经常 使其进入到半导体功率管的非线性工作区域甚至饱和状态。器件的非线性特性 非常容易给雷达系统、卫星系统及通信系统造成严重问题，往往是信息之间互 相干扰、系统有效带宽下降的最主要原因。如何更深刻地了解并掌握器件与电 路的非线性特性是每个射频工程师每天所面临的棘手难题，急需解决。而现有 的工具和手段并不能有效地帮助工程师解决这些 问题。因此，处理非线性问题需要使用超越今天 我们测试线性参数范畴的新工具，这种全新的 工具能够让工程师快速地获得完全表征功率管 非线性行为的非线性参数，从而能够进行 快速建模、仿真并且彻底改善新技术 产品的设计流程。 当今，雷达系统、卫星系统及 当前的问题 无线通信系统的研发工程师和科学家 的目标很明确: 高效和精确地仿真设计 功率放大器。仿真和设计必然需要功率管的大信号模型，但是很多半导体厂家 并不提供设计功放所需要的功率管的大信号模型。有些客户自己曾经试图使用 直流信号分析仪结合网络仪测量S参数提取Spice物理模型，最后通过数学运 算拟合出大信号模型，但是这个过程很漫长而且往往不准确。另外，由于在非 线性器件和系统的设计过程中一直没有一个集建模、仿真和测试于一体的方 案，工程师们只能依赖信息量很有限的小信号S参数并根据各自的经验，花费 大量时间和成本做大量的设计迭代实验，使得整个设计过程变得既费时又昂 贵。为改变目前困境，就需要工程师能够精确快速地提取功率管的大信号模 型，使其掌握器件的线性和非线性行为性特性，同时还需要在ADS软件中准 确地仿真出功率管的非线性行为。 现在也有部分客户逐渐接受负载牵引系统的概念，但是单纯的负载牵引系 统不能够满足客户快速高效地设计高性能功放的需求，原因在于负载牵引系统 存在一些不足: ●负载牵引系统特别消耗时间，不能够在扫频、扫功率及扫直流偏置模式下测 量等高线。 ●不能提供完整的大信号模型，因此不能让设计师有效地使用EDA工具进行 功放的设计和仿真。 ●没有考虑谐波分量及谐波分量对基波的影响，无法测量出谐波的相位信息， 但是功放非线性设计必须考虑谐波成分。 ●即使可以把负载牵引测试数据导入EDA工具，但是由于只有功率信息，没 有直流信息、谐波信息等。因此只能仿真功率等高线，不能仿真谐波的幅度 相位、功率效率等高线、交调失真及ACPR等。 现在安捷伦推出了全新的解决方案使工程师在对有源器件建模、仿真及设 计时，显著减少花费在设计迭代上的时间，从而让我们加快新产品推向市场的 速度。 3
实验九线性宽带功率放大器 一、实验目的 了解线性宽带功率放大器工作状态的特点 二、实验内容 1.了解线性宽带功率放大器工作状态的特点 2.掌握线性功率放大器的幅频特性 三、实验原理及实验电路说明 1.传输线变压器工作原理 现代通信的发展趋势之一是在宽波段工作范围内能采用自动调谐技术，以便于迅速转换工作频率。为了满足上述要求，可以在发射机的中间各级采用宽带高频功率放大器，它不需要调谐回路，就能在很宽的波段范围内获得线性放大。但为了只输出所需的工作频率，发射机末级（有时还包括末前级）还要采用调谐放大器。当然，所付出的代价是输出功率和功率增益都降低了。因此，一般来说，宽带功率放大器适用于中、小功率级。对于大功率设备来说，可以采用宽带功放作为推动级同样也能节约调谐时间。 最常见的宽带高频功率放大 器是利用宽带变压器做耦合电路 的放大器。宽带变压器有两种形 式：一种是利用普通变压器的原 理，只是采用高频磁芯，可工作 到短波波段；另一种是利用传输 线原理和变压器原理二者结合的 所谓传输线变压器，这是最常用 的一种宽带变压器。 传输线变压器它是将传输线(双绞线、带状线或同轴电缆等)绕在高导磁芯上构成的，以传输线方式与变压器方式同时进行能量传输。图9-1为4：1传输线变压器。图9-2为传输线变压器的等效电路图。
普通变压器上、下限频率 的扩展方法是相互制约的。为 了扩展下限频率，就需要增大 初级线圈电感量，使其在低频 段也能取得较大的输入阻抗， 如采用高磁导率的高频磁芯和 增加初级线圈的匝数，但这样 做将使变压器的漏感和分布电容增大，降低了上限频率；为了扩展上限频率，就需要减小漏感和分布电容，如采用低磁导率的高频磁芯和减少线圈的匝数，但这样做又会使下限频率提高。 把传输线的原理应用于变压器，就可以提高工作频率的上限，并解决 带宽问题。传输线变压器有两种工作方式：一种是按照传输线方式来工作，即在它的两个线圈中通过大小相等、方向相反的电流，磁芯中的磁场正好相互抵消。因此，磁芯没有功率损耗，磁芯对传输线的工作没有什么影响。这种工作方式称为传输线模式。另一种是按照变压器方式工作，此时线圈中有激磁电流，并在磁芯中产生公共磁场，有铁芯功率损耗。这种方式称为变压器模式。传输线变压器通常同时存在着这两种模式，或者说，传输变压器正是利用这两种模式来适应不同的功用的。 当工作在低频段时，由于信号波长远大于传输线长度，分布参数很小， 可以忽略，故变压器方式起主要作用。由于磁芯的磁导率很高，所以虽然传输线段短也能获得足够大 的初级电感量，保证了传输 线变压器的低频特性较好。 当工作在高频段时，传 输线方式起主要作用，由于两根导线紧靠在一起，所以导线任意长度处的线间电容在整个线长上是均匀分布的，如图9-3所示。也由于两根等长的导线同时绕在一个高μ磁芯上，所以导线上每一线段△l 的电感也是均匀分布在整个线长上的，这是 一种分布参数电路，可以利用分布参数电路理论分析，这里简单说明其工 图9-3传输线变压器高频段等效电路图
非线性电路 功率放大器练习题 一、选择题 1、为获得良好的调幅特性，集电极调幅电路应工作于 状态。 A ．临界 B ．欠压 C ．过压 D ．弱过压 2、丙类谐振功放其谐振回路调谐于 分量 A ．基波 B ．二次谐波 C ．其它高次谐波 D ．直流分量 3、利用非线性器件相乘作用来实现频率变换其有用项为 。 A 、一次方项 B 、二次方项 C 、高次方项 D 、全部项 4、影响丙类谐振功率放大器性能的主要参数不包括 A 、 V CC B 、 V BB C 、 V bm D 、R i 5、要求本振信号功率大，相互影响小，放大倍数大，宜采用 混频电路。 A 、基极输入，发射极注入 B 、基极输入，基极注入 C 、发射极输入，基极注入 D 、发射极输入，发射极注入 6、在保持调制规律不变的情况下，将输入的已调波的载波频率s f 变换成固定的中频I f 的过程称为 。 A. 调制 B. 解调 C. 倍频 D. 变频 7、有一超外差接收机，中频在KHz f f f s L I 465=-=，当接收KHz f s 580=的信号时，产生中频干扰的电台的频率是 ，而产生镜频干扰的电台的频率是 。 A. 1510KHz B.1045KHz C. 465KHz D. 930 kHz 8、下面的几种频率变换电路中， 不是频谱的线性搬移。 A .调幅 B 包络检波 C .调频 D .混频 9、某电路的输入频谱为Ω±S ω；输出频谱为Ω±I ω，则电路功能为 。 A. 检波 B. 变频 C. 调幅 D. 调频 10、能够实现双向混频的电路是 。 A .二极管混频器 B . 三极管混频器 C . 场效应管混频器 D .以上三种都能实现 11、功率放大电路根据以下哪种说法可分为甲类、甲乙类、乙类、丙类等 （ ） A ．电路特点 B ．功率放大倍数 C ．电流大小 D ．功放管静态工作点选择情况 12、关于通角θ的说法正确的是 （ ） A ． θ是指一个信号周期内集电极电流导通角度
微波功率放大器线性化技术 刘海涛 京信射频技术研究部产品部 摘要：现代无线通信飞速发展，有限的频谱资源上需要承载越来越高的数据流量，4G LTE技术将达到100Mbps的传输速率。在这种情况下，无线传输系统的设计和工作将承受着巨大的压力。为了提高效率，作为系统中的核心部件——微波功率放大器一般都处于在非线性工作状态，而包络变化的调制信号经过非线性微波功率放大器后会产生互调失真，造成严重的码间干扰和邻信道干扰。为了保证通信质量，必须采用线性化技术。本文对目前常用的各种线性化进行梳理，并分析了工作原理、介绍了技术特点，为高线性高效率微波功率放大器的设计提供了重要的参考依据。 关键词：无线通信微波功率放大器线性化技术前馈预失真 1.引言 功率放大器的线性化技术研究可以追溯到上个世纪二十年代。1928在贝尔实验室工作的美国人Harold.S.Black发明了前馈和负反馈技术并应用到放大器设计中，有效地减少了放大器失真，可以认为是线性化功率放大器技术研究的开端。但那时主要是从器件本身的角度来提高功率放大器的线性度，所研究的功率放大器频率也较低。 随着通信技术的飞速发展，以下一些原因促使线性化功率放大器技术得到广泛研究并迅速发展： 1）早期的移动通信采用恒包络调制方式与单载波传输覆盖，对于功率放大器的线性要求并不高；而进入21世纪，无线通信的飞速发展和宽带通信业务的开展，通信频段变得越来越拥挤，为了在有限的频谱范围内容纳更多的通信信道，要求采用频谱利用率更高的传输技术与复杂调制模式；因此线性调制技术如QAM ( Quadrature Amplitude Modulation )、QPSK ( Quadrature Phase Shift Keying)等在现代无线通信系统中被广泛采用。但对于包络变化的线性调制技术，发射机系统会产生较大的失真分量，从而对传输信道或邻道产生不同程度的干扰，因此必须采用线性化的发射机系统。射频功率放大器是发射机系统中非线性最强的器件，特别是为了提高功率效率，射频功放基本工作在非线性状态，因此线性化功率放大器设计技术己成为线性化发射机系统的关键技术； 2）简单的功率回退技术不能满足现代系统要求：简单的功率回退技术虽然能获得较好的线性，但是由于器件本身的原因，纵使再深的回退，也无法达到很高的线性水平，满足不了系统的高线性要求，再者，功率回退技术使得电源利用率很低，一般仅为5%，会产生导致终端自主时间过短、基站热管理等一系列问题； 3）多载波调制技术的逐渐采用要求线性化的功率放大器：以OFDM ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing)为代表的多载波调制技术具有高传输速率、不需均衡等明显优点，己为许多标准如802. 11, HDTV ( High Definition Television )、4G LTE等所采用。由
基本概念 射频功率放大器(RF PA)是发射系统中的主要部分，其重要性不言而喻。在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大（缓冲级、中间放大级、末级功率放大级）获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。在调制器产生射频信号后，射频已调信号就由RF PA将它放大到足够功率，经匹配网络，再由天线发射出去。 放大器的功能，即将输入的内容加以放大并输出。输入和输出的内容，我们称之为“信号”，往往表示为电压或功率。对于放大器这样一个“系统”来说，它的“贡献”就是将其所“吸收”的东西提升一定的水平，并向外界“输出”。如果放大器能够有好的性能，那么它就可以贡献更多，这才体现出它自身的“价值”。如果放大器存在着一定的问题，那么在开始工作或者工作了一段时间之后，不但不能再提供任何“贡献”，反而有可能出现一些不期然的“震荡”，这种“震荡”对于外界还是放大器自身，都是灾难性的。 射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率，如何提高输出功率和效率,是射频功率放大器设计目标的核心。通常在射频功率放大器中，可以用LC谐振回路选出基频或某次谐波，实现不失真放大。除此之外，输出中的谐波分量还应该尽可能地小，以避免对其他频道产生干扰。 分类 根据工作状态的不同，功率放大器分类如下： 传统线性功率放大器的工作频率很高，但相对频带较窄，射频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。射频功率放大器可以按照电流导通角的不同，分为甲（A）、乙（B）、丙（C）三类工作状态。甲类放大器电流的导通角为360°，适用于小信号低功率放大，乙类放大器电流的导通角等于180°，丙类放大器电流的导通角则小于180°。乙类和丙类都适用于大功率工作状态，丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高的。射频功率放大器大多工作于丙类，但丙类放大器的电流波形失真太大，只能用于采用调谐回路作为负载谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然接近于正弦波形，失真很小。 开关型功率放大器（Switching Mode PA,SMPA)，使电子器件工作于开关状态，常见的有丁（D）类放大器和戊（E）类放大器，丁类放大器的效率高于丙类放大器。SMPA将有源晶体管驱动为开关模式，晶体管的工作状态要么是开，要么是关，其电压和电流的时域波形不存在交叠现象，所以是直流功耗为零，理想的效率能达到100%。 传统线性功率放大器具有较高的增益和线性度但效率低，而开关型功率放大器具有很高的效率和高输出功率，但线性度差。具体见下表： 电路组成 放大器有不同类型，简化之，放大器的电路可以由以下几个部分组成：晶体管、偏置及稳定电路、输入输出匹配电路。