非线性射频功率放大器行为模型的分析与比较

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射频功率放大器线性化技术分析

射频功率放大器线性化技术分析摘要：在射频功率放大器应用中，将面临非线性失真的问题，导致通信质量下降。

因此为提升通信质量，满足社会需求，本文将射频功率放大器作为切入点，对其存在的非线性失真进行分析，并围绕线性化技术的应用展开研究，以期可以为从业人员提供相应启示。

关键词：射频功率放大器；通信质量；线性化技术引言：在无线通信技术持续发展的背景下，群众开始追求高功率效率和高频谱利用。

基于此，射频功率放大器的应用率正不断增加。

但射频功率放大器在应用过程中很可能出现非线性失真的问题，从而造成不良后果。

因此为应对上述问题，需要加大研究，认识到线性化技术的重要性，并对其进行规范使用，以满足社会需求，该点对推动通信领域发展具有重要意义。

1.射频功率放大器的特征和非线性失真1.1.特征在分析无线发射机的使用后，可发现射频功率放大器在其中具有重要作用。

在发射机前级电路内，合理调控振荡电路后，将获取射频功率放大器信号，但该种信号的能量相对较低。

在信号功耗较低的情况下，其必须通过相应处理，以此才能形成可以使用的信号，而该种信号可以通过天线传输。

此外，在发送上述信号的过程中，必须针对信号采取有效的管控措施，防止相邻的信道受到不良影响。

在使用射频功率放大器时，需要对输出功率和效率进行充分结合，依照其具有的差异，以实施种类的区分，并依据具体种类，以此对主要特性进行确定，提高射频功率放大器的应用效果。

1.2.非线性失真在理论层面上分析射频功率放大器后，可发现其属于线性，群时延和可以放大的倍数均具有固定性，但在实际应用中，可发现其性能属于非线性。

在非线性系统内，若放大的频率较高，则其将与线性产生一定程度的偏差，而该种偏差即非线性失真。

在射频功率放大器内，非线性失真属于常见问题。

通常情况下，其常见的形式主要有谐波失真和互调失真，由于其处在运行状态时将保持高信号状态，故而其出现非线性失真的可能性较大。

此外，射频功率放大器不具有可靠的运行状况，且非线性和线性放大将随时发生工作状态的转变。

基于多项式模型的功率放大器非线性特性和预失真分析

ｔ
建立了功放模型后，我们利用归一化均方误差ＮＭＳＥ来评
价所建模型的准确度。其中：
∑ｌ一ｚ（，１）Ｉ
ＮＭＳＥ＝１０１ｏｇｌｏＬ＿～
ｚ（ｔ）＝Ｇ（Ｉｘ（ｔ）Ｉ）ｘ（ｔ）＝（ｈＩｘ（ｔ）ｌ …）ｘ（ｔ），ｔｅ［０，
证预失真器的特性与功放的特性互逆，则输入信号Ｘ（ｔ）经过预
１７３
将研究有记忆的功放模型和预失真模型。２．１有记忆功放模型的建立对于有记忆功放模型，本文采用的有记忆多项式模型］：
Ｋｏ
ｚ（ｎ）＝ ∑ ∑ｈｋｑＩｘ（ｎ — ｑ）ｉｋ－，ｘ（ｎ — ｑ），ｎ＝Ｑ＋１，Ｑ＋２， …，Ｎ（７）
其中Ｎ为采样点，Ｉｘｎｌ、
分别为Ｘ的幅值和共轭转置。ｚ、分别表示第ｎ样本的输出数
据和预失真处理后的数据，Ｚ（ｎ）、ｙ（ｎ）分别表示输出信号和预失
真处理后的信号，ｘ＝（ｘ－－，ＸＮ）Ｔｚ＝（ｚ一，ｚＮ）则为输入样本的
数据向量和输出信号向量。文章后续部分用到，故此做出解释。
（ｔ）
夏～
ｚ（亡）
于是问题转化为：已知一组输入／输出（Ｘｎ，ｚ），确定系数集｛ｈｋ１。我们采用最小二乘法来进行求解。误差函数为ｅ＝ｙ（ｎ）

功率放大器非线性技术分析及解决方法

退、预失真、前馈。３１功率回退技术．
。＋ｋｖ）。，ｖ（ｖ＋３ｃｓ＋￣
１
ｖ。２ｆ，ｃｓ哆＋１２
ｃｓ哆ｆ。３＋…
（）３
由（）３式可知，由于放大器的非线性，出输
２功率放大器非线性的表现形式及其产生信号中除输入信号频率外，还出现了新的直流
１引言
功率放大器广泛应用于对微波功率有一定要求的各种微波设备中，如电子对抗设备、微波测量设备、动基站等。移对于微波功率放大器，了有一定的功率输出和增益指标以除外，线性度也是一个十分重要的指标。例如在电子对抗设备中，了有效压制敌方通信，为达到较好的干扰效果，必须使用高功率放大器。但高功率放大器的非线性会形成交调和互调干扰，产生不必要的频率分量，成带内信号造的失真，互调失真将严重分散干扰功率，降低系统的干扰效率，不仅影响了对敌方通信的干扰效果，甚至有可能影响己方通信。在微波测试设备中，由于功率放大器的非线性失真所产生的谐波往往影响了测试精度；通信中，在功率放大器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，这些设备中对功在率放大器的线性度提出了很高的要求。虽然采用Ａ类功放可能会达到要求，它的效率但太低。因此，高功放的基础上必须对其进行在线性化处理，这样可以较好地解决信号的频谱
号产生了失真，因此系统对功率放人器提出了线性度要求，从而产生＿『提高功率放大器线性度的不同方法。

射频功率放大器的研究与设计

射频功率放大器的研究与设计一、本文概述随着无线通信技术的飞速发展，射频功率放大器作为无线通信系统中的关键组件，其性能对整体系统的性能具有重要影响。

本文旨在深入研究射频功率放大器的设计原理、优化方法以及实现技术，旨在提升功率放大器的效率、线性度和可靠性，以满足现代无线通信系统对高性能功率放大器的迫切需求。

本文首先介绍了射频功率放大器的基本原理和分类，分析了不同类型功率放大器的优缺点及适用场景。

随后，详细阐述了功率放大器的设计流程和关键参数，包括增益、效率、线性度等，并探讨了影响这些参数的主要因素。

在此基础上，本文重点研究了功率放大器的线性化技术和效率提升方法，包括预失真、反馈控制、功率合成等，旨在通过优化电路设计、材料选择和工艺实现等手段，提高功率放大器的整体性能。

本文还关注功率放大器的可靠性问题，分析了功率放大器在工作过程中可能出现的失效模式和原因，并提出了相应的改进措施。

通过对功率放大器可靠性设计的探讨，本文旨在为工程师提供实用的设计指导，以提高功率放大器的稳定性和可靠性。

本文总结了射频功率放大器的研究现状和发展趋势，展望了未来功率放大器可能的技术创新和应用领域。

通过本文的研究与设计，希望能够为射频功率放大器的发展和应用提供有益的参考和借鉴。

二、射频功率放大器的基本原理射频功率放大器是无线通信系统中的关键组件，其主要功能是将低功率的射频信号放大到足够高的功率水平，以便在无线信道中进行有效的传输。

射频功率放大器的基本原理可以从线性放大器和非线性放大器两个方面来阐述。

线性放大器在放大信号时，保持输入信号与输出信号之间的线性关系。

这意味着放大器的增益在输入信号的整个动态范围内是恒定的。

线性放大器通常用于需要低失真度和高线性度的应用，如调制和解调过程。

线性放大器的设计需要考虑增益平坦度、噪声系数和线性度等关键指标。

非线性放大器则允许输出信号与输入信号之间存在一定的非线性关系。

这种非线性特性可能会导致信号失真，但在某些应用中，如通信系统中的功率放大，非线性放大器能够提供更高的效率。

基于射频功放的非线性动态模型性能比较

内容纳更多的信道，要求采用频谱利用率更高的传输技术，
因此线性调制技术如ＱＭ、ＰＫ等在现代无线通信系统ＡＱｓ
中被广泛采用。
表现出频率选择特性。如图１这类器件模型通常由两个滤，波器及央在它们中间的无记忆非线性器组成。中，其滤波器
决定了有记忆非线性模型的频率选择特性。
系统的唯一可用的方法… 。一个射频功放的线性性能的好坏，主要取决于模型选择的是否准确、高效。
个带通信号，但是Ｙｔ也可能含有直流项以及输入信号（）
的谐波分量。
２１基带非线性模型．
１非线性动态模型的分类
大多数的通信系统功能模块是线性的或者可以用线性
人的限幅值，是“ ｓ成形 ” 参数。对于不同的ｓ，幅器的归值限
—
限幅器是一个基带非线性器件，而射频功放就是一个带通非
线性器件。带通非线性模型的输入频率集中在ｆ，ｃ而输出的
化输人一输出关系如图２所示。注意，＝ｏ对应的是ｓｏ
“ 限幅器，软” ｍ＝０对应的是“ 限幅器。硬”
关键词：线性；态模型；忆效应非动记中图分类号：９４ＴＮ１文献标识码：Ａ
随着无线通信和宽带通信业务的飞速发展，通信频段变得越来越拥挤。在此前提下形成了一个重要的观点，那就
带的边缘以内或附近的分量通过。１２记忆和无记忆模型是非线性的，中有些其
基带非线性模型输入是实信号（）其输出也是实信ｔ，
号Ｙｔ，以建模为Ｙｔ＝Ｆ（ｔ）（）可（）ｘ（）。最常用的基带非线性模型是幂级数模型和限幅器模型。幂级数模型的定义为：

功率放大器非线性测量和设计的新范例

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。

射频功率放大器的非线性研究

项，因此Ｇｊｆ可以写成：［）（］Ｇｆ＝ｊ（ｉＯ１２［（］ ∑ ｆ））＝，，…
１０＝
… …
Ｅ
ｌ
ｔＯ＝
／＼
ｉ０＝
…
吒￣ｉ２１＋
）／］ｌｆ
（５）
…
率放大器的非线性带通模型；并
ｔｅＲＦｐｈｏｗｅｒａｐｉｅｓａａｌｓｄｗｈｃａｉｉｃｎｅｎｎｎｔｓｇｆｔｍｌｒｉｎｙｅ．ｉｈｈｓａｓｇｎｆａｔｍａｉｇｉｈｅｄｅｉｎｏｈｅＲＦｐｏｉｆｉｗｅｒａｐ讯ｅｄｓｕｙｏｓｄｉｏｔｎｍｌｒａｎｔｄｆｔｓｒｉ．ｉｔｏＫｅｙｏｒｄｓ：ｗＲＦＰｏｗｅｒｉｒＮｏｌｅｒＰｗｅｒｓｅ；ｎｉａ；ｏｎｒＳｅｉｅ
法）… 、Ｖｏ１ｔｅｒｒａ级数法、神
其中，ａ是功率级数系数，
由放大器的自身特性决定。
在功率放大器中由于谐波平衡电路的存在，偶次谐波往往受
到很好的抑制，一般不考虑偶阶
３．于带通非线性模型的仿真基
和分析
设输入信号的复包络为ｊ（，ｔ）
的效率。但由于功率放大器的工
作特性总是非线性的，限带信号通过射频放大器后会产生非线性失真，造成频谱再生，干扰相邻信道，导致通信系统的性能的恶化。因此，对信号谱的扩散进行

模拟电子技术基础知识功率放大器的线性度与效率分析

模拟电子技术基础知识功率放大器的线性度与效率分析模拟电子技术基础知识：功率放大器的线性度与效率分析功率放大器是模拟电子技术中常用的一种电子器件，旨在将输入信号的功率放大到所需的输出功率水平。

在功率放大器设计过程中，线性度与效率是两个重要的考虑因素。

本文将深入分析功率放大器的线性度与效率，并探讨它们之间的关系。

一、功率放大器的线性度分析线性度是指输出信号与输入信号之间的关系是否是线性的。

在功率放大器中，线性度说明了输入信号与输出信号的比例关系是否保持不变。

线性度通常用增益非线性度来表示。

增益非线性度（nonlinear distortion）是指放大器输出信号中，除了输入信号对应的基波外，还包含了其他频率的谐波成分或者交调成分。

这些附加成分的出现会导致放大器输出信号失真，影响到信号的质量。

在功率放大器设计中，需要考虑以下几个常见的线性失真类型：1. 线性失真：在放大器输出信号中，输入信号的幅度与相位保持不变。

2. 噪声失真：由于放大器本身的噪声而引起的输出信号中的失真成分。

3. 利用度失真：由于电路不完美的传输特性而引起的输出信号中的失真成分。

4. 线性区域限制：放大器的输出受到输入信号幅度的限制，超出该范围会导致失真。

为了评估功率放大器的线性度，常用的方法是通过输入输出特性曲线和传输曲线来确定。

传输曲线显示了放大器的输入和输出信号之间的关系。

二、功率放大器的效率分析功率放大器的效率是指其输入功率与输出功率之间的比值。

在实际应用中，功率放大器的效率非常重要，因为它直接关系到电力的利用和功耗。

功率放大器的效率主要受到以下几个因素的影响：1. 电源效率：电源对功率放大器提供的能量利用效率。

2. 正向功率传输效率：指放大器输出信号中有效功率与输入信号的功率之比。

3. 反向功率传输效率：指功率放大器输出信号中的反射功率与输入信号的功率之比，反射功率会导致功率损耗。

需要注意的是，功率放大器的效率与其线性度之间存在一定的折衷关系。

基于矢量测量的射频微波器件非线性参数化行为建模技术评述

法继续支持对大功率、高效率、复频谱利用率和超宽带等众多射频电子产品高效快速的研发，也不能满足无线系统前端——射
频功率放大器、混频器、调制解调器和振荡器等部件的精确表征、建模、仿真、设计和应用的迫切要求，正是在这种大背景下，基于矢量测量的射频／微波器件非线性参数化行为建模技术也就应运而生。本文首先阐述非线性器件表征技术的发展背景与迫切性；然后介绍了该领域内逐渐成熟的两种矢量测量方案与核心技术的原理，并分析比较了两种方案的性能优劣；最后重点对
三种非线性参数化行为模型的数学形式作了详细推演，介绍了参数提取方法和应用实例，展望了基于矢量测量的非线性行为建
模技术的未来发展研究方向。关键词：非线性表征技术；矢量测量；参数化行为模型
中图分类号：ＴＮ９８文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：４７０．４０１７
ＧｏｕＹｕａｎｘｉａｏ，ＦｕＪｉａｈｕｉ，ＬｉｎＭａｏｌｉｕ，ＺｈａｎｇＹｉｃｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐｏｐｕｌａｉｒｚａｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ－－ｐｏｗｅｒＲＦｍｉｃｒｏｗａｖｅｄｅｖｉｃｅｓａｎｄｔｈｅｒａｐｉｄｄｅ－－ｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍａｒｋｅｔ．ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｍａｌｌ — ｓｉｇｎａｌＳ — ｐａｒａｍｅｔｅｒｌｉｎｅａｒｓｙｓｔｅｍｔｈｅｏｒｙｃａｎｎｅｉｔｈｅｒｃｏｎｔｉｎｕｅｔｏｓｕｐｐｏｒｔｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｆａｓｔＲ＆ＤｏｆｔｈｅＲＦｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｐｒｏｄｕｃｔｓｗｉｔｈｈｉｇｈ－ｐｏｗｅｒ，ｈｉｇｈ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｃｏｍｐｌｅｘｓｐｅｃｔｒｕｍａｎｄｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ，ｎｏｒｍｅｅｔｔｈｅｕｒｇｅｎｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｐｒｅｃｉｓｅｃｈａｒａｃｔｅｉｚｒａｔｉｏｎ，ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｄｅ－ｓｉｇｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｗｉｒｅｌｅｓｓｆｒｏｎｔ — ｅｎｄｓｙｓｔｅｍｓ，ｓｕｃｈａｓＲＦｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｉｆｅｒ，ｍｉｘｅｒ，ｍｏｄｅｍ，ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒａｎｄｏｔｈｅｒｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ｔｈｅｖｅｃｔｏｉｒａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ — ｂａｓｅｄｎｏｎｌｉｎｅａｒｐａｒａｍｅｔｉｒｃｂｅｈａｖｉｏｒｌａｍｏｄｅｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｒｆＲＦ／ｍｉｃｒｏ－ｗａｖｅｄｅｖｉｃｅｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｕｎｄｅｒｔｈｉｓｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｆｒｓｔｌｙｄｅｓｃｉｒｂｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｂａｃｋｇｒｏｕｎｄａｎｄｕｒｇｅｎｃｙ

功率放大器行为模型及多载波通信系统效能分析

题目功率放大器行为模型及多载波通信系统效能分析摘要近些年，我国无线技术得到了快速的发展，并且被广泛的应用在各个领域中，取得了一定的成绩，OFDM技术是非常重用的一种无线通信技术。

其主要原因是因为OFDM技术的误码性能低，频谱利用率高，架设成本低等。

被数字视频广播(Digital Video Broadcasting, DVB)、非对称数字用户线(Asymmetrical Digital Subscriber Line, ADSL)等无线通信设备所采用。

OFDM能够有效的对于多载波的传输的一种方式，能够有效的对于信息信号进行高效率的传播，减少了信息信号之间的干扰。

并且能够将高速数据进行分流，加快了数据传播的时效性，被广泛的应用在无线通信中。

在OFDM系统中，为了达到良好的传输效果，OFDM系统的发射功率需要达到一定的要求，因此在发射端末端需要增加功率放大器。

然而，OFDM信号的较高峰值平均功率比(Peak to Average Power Ratio, PAPR)问题限制了其功率的放大，由于功率放大器具有非线性特性，过高的输入峰值会导致信号失真，影响系统性能。

因此，尽可能的降低OFDM系统的PAPR以及合理地设计线性放大器也就成为OFDM系统的重点技术。

本文基于Saleh模型对行波管放大器进行建模，并使用部分传输序列(Partial Transmit Sequence, PTS)来降低OFDM系统的PAPR，观察了信号经过行波管放大器后各项指标的变化。

研究PAPR减小以及行波管放大器的非线性对OFDM系统的影响，对部分传输序列算法进行了调整，并在优化算法的基础上研究了OFDM系统的性能。

关键词：正交频分复用；峰值平均功率比；行波管放大器建模；部分传输序列ABSTRACTIn recent years, China's wireless technology has been rapidly developed, and has been widely used in various fields, with certain achievements. OFDM technology is a very reusable wireless communication technology. The main reason is that OFDM technology has low error code performance, high spectrum utilization and low erection cost. By Digital Video broadcast (Digital Video Broadcasting had, DVB), asymmetric Digital Subscriber Line (Asymmetrical Digital Subscriber Line, ADSL) and other wireless communication equipment.OFDM is an effective way for multi-carrier transmission, which can effectively spread information signals efficiently and reduce the interference between information signals. Moreover, it can distribute high-speed data and accelerate the timeliness of data transmission, which is widely used in wireless communication.In an OFDM system, in order to achieve good transmission effect, the transmitting power of the OFDM system needs to meet certain requirements, so it is necessary to add power amplifiers at the end of the transmitting end. However, the high Peak to Average Power Ratio (PAPR) of OFDM signals limits its Power amplification. Due to the nonlinear characteristics of Power amplifiers, too high input Peak will lead to signal distortion and affect the system performance. Therefore, reducing the PAPR of OFDM system as much as possible and designing the linear amplifier reasonably have become the key technologies of OFDM system. In this paper, the Partial transmission Sequence (PTS) is used to reduce the PAPR of OFDM system, and the changes of various indexes after the signal passes through the TWT amplifier are observed. The influence of PAPR reduction and the nonlinearity of travelling-wave tube amplifier on OFDM system is studied. Some transmission sequence algorithms are adjusted, and the performance of OFDM system is studied on the basis of optimization algorithm.Key words: OFDM; PAPR; Amplifier Mathematical Model; PTS目录第一章绪论 (1)1.1课题的背景与研究意义 (1)1.2 OFDM峰均比问题和功率放大器建模 (2)1.2.1 OFDM峰均比问题 (2)1.2.2功率放大器模型 (3)1.3本文的章节安排 (4)第二章OFDM系统 (6)2.1 OFDM系统概述 (6)2.1.1 OFDM基本原理 (6)2.1.2 OFDM调制和解调 (7)2.1.3 OFDM保护间隔 (8)2.1.4 OFDM的误比特率 (10)2.2 OFDM的PAPR问题 (10)2.2.1峰均比的定义 (11)2.2.2 OFDM信号的分布 (13)2.2.3峰均比和过采样 (14)2.3峰均比减小技术 (15)2.3.1峰均比降低方法概述 (15)2.3.2部分传输序列 (16)2.4本章小结 (18)第三章行波管功率放大器建模 (19)3.1行波管放大器的主要特性参数 (19)3.1.1工作频率与带宽 (19)3.1.2功率增益 (19)3.1.3三阶截断点 (19)3.1.4行波管功率放大器的效率 (20)3.2行波管的非线性特性 (21)3.2.1幅度调制转移失真(AM-AM) (21)3.2.2调幅调相转移失真(AM-PM) (21)3.3建模Saleh模型 (22)3.4本章小结 (24)第四章：OFDM信号功率放大建模与仿真 (25)4.1原始OFDM信号功率放大建模 (25)4.2 PAPR降低后OFDM信号功率放大建模 (25)4.3本章小结 (27)第五章总结 (28)结束语 (29)致谢 (30)参考文献 (31)南京邮电大学通达学院2019届本科生毕业设计（论文）第一章绪论1.1课题的背景与研究意义电话系统最先是由美国研发出来的，并且改变了人们的生活的方式。

功率放大器线性指标分析报告

功放放大器线性相关知识概述信号在通过射频通道（这里所谓的射频通道是指射频收发信机通道，不包括空间段衰落信道）时会有一定程度的失真，失真可以分为线性失真和非线性失真。

产生线性失真的主要有一些滤波器等无源器件，产生非线性失真的主要有一些放大器、混频器等有源器件。

另外射频通道还会有一些加性噪声和乘性噪声的引入。

1.功率放大器作为基站、直放站中的主要核心模块，对整个系统的通信质量起着至关重要的作用，而功放的线性指标，则是功放设计的基础和核心。

下面先介绍一下一些与线性相关的基本知识。

（1）信号的峰值功率、平均功率和峰均比PAR很多信号从时域观测并不是恒定包络，而是如下面图形所示。

峰值功率即是指以某种概率出现的肩峰的瞬态功率。

通常概率取为0.01%。

峰值功率即是指以某种概率出现的肩峰的瞬态功率。

通常概率取为0.01%。

平均功率是系统输出的实际功率。

在某个概率下峰值功率跟平均功率的比就称为在某个概率下的峰均比，如PAR=9.1@0.1%,各种概率下的峰均比就形成了CCDF曲线（互补累积分布函数）。

在概率为0.01%处的PAR，一般称为CREST因子。

功率放大器在设计的过程中，其线性指标和峰均比关系很大，（2）线性失真线性失真又可以分成线性幅度失真和线性相位失真，从频域可以很方便表示这些失真，如下图：（3）非线性失真非线性失真与线性失真相似，可以分成非线性幅度失真和非线性相位失真，图形表示如下：（4）非线性幅度失真非线性幅度失真常用1dB压缩点、三阶交调、三阶截止点等指标衡量，下面分别讨论这三个指标。

例如一个射频放大器，当输入信号较小时，其输出与输入可以保证线关系，输入电平增加1dB，输出相应增加1dB，增益保持不变，随着输入信号电平的增加，输入电平增加1dB，输出将增加不到1dB，增益开始压缩，增益压缩1dB时的输入信号电平称为输入1dB压缩点，这时输出信号电平称为输出1dB压缩点。

如下图：（3）三阶交调三阶交调（双音三阶交调）是用来衡量非线性的一个重要指标，在这里仍以放大器为例来说明三阶交调指标。

功率放大器非线性特性及预失真建模

1 问题重述
信号的功率放大是电子通信系统的关键功能之一，功放的输出信号相对于输入信号可能产生非线性失真。影响信息的正确传递和接收。目前已提出了各种技术来改善功放的非线性失真，如降低输出功率方式、预失真技术等。本题要求根据功放的非线性特性的当前时刻输出值是否与前某一时间段的输入有关，分别构建无记忆功放和有记忆功放非线性模型。并构建预失真处理模型，使功放和预失真合成后整体输入输出效果呈线性。总体原则是使预失真和功放的联合模型呈线性后误差最小，同时满足预失真处理的 “输出幅度限制” 即功放的输入幅度需保持在一定范围和预失真处理加载后，尽可能使功放的输出 “功率最大化” 。 1. 请根据提供的数据，完成以下任务。建立功放的非线性特性的数学模型，然后用 NMSE 评价所建模型的准确度。根据线性化原则以及“输出幅度限制”和“功率最大化”约束，建立预失真模型。写出目标误差函数，计算线性化后最大可能的幅度放大倍数，运用评价指标参数 NMSE/EVM 评价预失真补偿的结果。 2. 数据文件 2 给出了某功放的有记忆效应的复输入-输出数据，请完成以下任务。建立功放的非线性特性的数学模型，然后用 NMSE 评价所建模型的准确度。根据线性化原则以及“输出幅度限制”和“功率最大化”约束，以框图的方式建立预失真处理的模型实现示意图，然后计算预失真模型相关参数。 3. 拓展研究根据给出的数据，请计算功放预失真补偿前后的功率谱密度，并用图形的方式表示三类信号的功率谱密度，最后用 ACPR 对结果进行分析评价。
1
基于神经网络的有记忆功率放大器预失真方法[4]等。本文构建预失真模型关键是如何有效利用输出幅度限制和功率最大化这两个限制条件，通过已知的系统输入、输出估计出预失真模块的理想输出信号，然后再利用 LS 算法估计模型参数。根据题设，输出幅度的限制可以转化为预失真处理后功放的输出幅度不大于给出的功放输出幅度最大值。进而利用线性化原则，预失真处理后功放输出的理想特性曲线为原点和给定输出幅度最大点确定的直线段。由功放输出理想特性曲线确定预失真输出的理想值，根据给定的输出和输入拟合放大器的逆辨识模型，将功放输出理想特性曲线代入求取预失真输出的理想值，但是逆辨识模型拟合的精度会影响预失真输出理想值的精确程度。有记忆功放也可利用多项式构建模型，采用 LS 算法求解多项式未知参数，进而获得有记忆功放模型。有记忆预失真处理器模型求解可参考无记忆预失真处理器的建模方法。以题中给出的功放输出数据作为复合系统的输出，则根据整体线性关系可求出复合系统的输入，又根据功放本身的特性可知功放的输入，也就是预失真处理器的输出，就是题中给出的输入数据。这样可得预失真处理器的输入输出数据，进而利用 LS 算法求得模型参数。由于在实际应用中，温度、电压等因素会造成非线性功率放大器工作点发生改变，使功放响应曲线随时间改变[6]。因此，设计预失真器时须考虑预失真器的模型参数也能随功率放大器特性的改变而自适应的改变。输入信号经过预失真器的输出实际信号，利用实际输出信号与理想输出信号的误差值自适应的调整预失真器的模型参数。功放的输入输出信号均已知，可直接构造多项式模型，将输入输出互换，利用 LS 算法得到功放逆系统模型参数。预失真器参数自适应调整可用 LMS 算法实现。由于计算相邻信道功率比需要输入输出信号的功率谱密度，所以本题关键在于求功率谱密度的方法。而功率谱密度函数的计算最简单常用的是周期图法，分为直接法、间接法两种。直接法先求信号的频谱，再取频谱和其共轭的乘积，得到功率谱；间接法是通过对信号的自相关函数进行 Fourier 变换计算[7]。

浅谈功率放大器的非线性特性

浅谈功率放大器的非线性特性引言功率放大器非线性化是有源电子器件固有特性，研究功放非线性机理并采取改善措施，具有重要意义。

现存的改善功放的非线性失真的技术有很多，当前被广泛应用研究的一项为预失真处理技术，应用此项技术的研究成果虽已被用于实际的产品，但在新算法、实现复杂度、计算速度、效果精度等方面仍有相当的研究价值。

预失真的基本原理是：在功放前设置一个预失真处理模块，这两个模块合成效果使整体输入-输出特性线性化，输出功率得到充分利用。

记输入信号，输出信号为，预失真器的输出和功放输入为。

设功放输入-输出传输特性为，预失真器特性为，那么预失真处理原理可表示为表示为和的复合函数等于，预失真技术的核心是寻找预失真器的特性，使得它们复合后能满足，式中常数是功放的理想“幅度放大倍数”（）。

如果测得功放的输入和输出信号值，就能拟合功放的特性函数，然后利用上式，可以求得。

在功放的特性已知条件下，求解方程是一类特殊的函数方程，常采取数值计算，用最小化目标误差函数的方法，求得近似的。

目标误差函数的选取和判断准则因建模方法而异，总体原则是使预失真和功放的联合模型呈线性后误差最小。

1 问题描述根据提供的某功放无记忆效应的复输入-输出测试数据，建立非线性特性的数学模型，然后用NMSE评价所建模型的准确度。

根据线性化原则以及“输出幅度限制”和“功率最大化”约束，建立预失真模型。

写出目标误差函数，计算线性化后最大可能的幅度放大倍数，运用评价指标参数NMSE/EVM评价预失真补偿的结果。

2.问题的分析与模型的建立2.1 功放非线性特性的数学模型的建立在实际的应用中，为了获得功率放大器比较理想的输出结果，必须多对其进行线性化。

由于功率放大器的输出不仅与输入信号有关，而且还受工作温度等因素的影响。

此外功率放大器都是具有记忆效应的，即其输出不但与现在的输入相关，而且也与过去时刻的信号有关。

再输入信号的宽带足够小的情况下，可以认为功率放大器无记忆效应，本问题所分析研究的功率放大器，都是基于无记忆效应情况下进行的【1】。

微波功率放大器的非线性功率放大器的非线性

驱动级输出匹配电路设计
整个驱动级放大电路性能
-19.40
m3
dB(S(1,2))
m1 freq=1.880GHz S(1,1)=0.014 / -96.148 impedance = Z0 * (0.997 - j0.027)
S(1,1)
m1
-19.45 -19.50
m3 freq=1.880GHz dB(S(1,2))=-19.437
S11 (RLoss)
S21 (ILoss)
S11 (VSWR)
Desired Zin 50.00 ZLoad 16.42 - j46.48
1.10 1.05 1.00 1.86 1.87 1.88 1.89 1.90
|S11|^2
1.80
1.82
1.84
1.86
Frequency (GHz) S11, Zin
M1
1.88
B
1.90 1.92 1.94 1.96 1.98 2.00
F: Frequency 1: Input Port 2: Output Port Zin: Input Impedance ZLoad: Load Impedance
Note: Change/Worst A->B provides performance over the range from marker A to B. T he change of F is given, and the worst case S-parameter values are given.
增益压缩
饱和输出功率：

输入功率达到某一值时，再加大不会改变输出功率的大小。
1 dB压缩点输出功率

微波功率放大器非线性特性分析

微波功率放大器非线性特性分析邓海林;张德伟;周东方;杜健【摘要】为判断微波功率放大器非线性失真的主要影响因素，首先，在传统幂级数模型的基础上对功率放大器的非线性幅度失真和相位失真进行拟合，基于包络分析法给出了功率放大器非线性失真与幅度和相位失真间的解析关系；其次，对幅度失真和相位失真引起的非线性失真进行了分析，给出了两者之间的等效失真关系式，据此可对任意给定的功率放大器进行分析，以确定非线性失真的主要影响因素，并用于指导模拟预失真线性化器的设计与调试；最后，通过对一Ka频段行波管放大器的非线性测试及模拟预失真线性化，验证了所提出的功率放大器非线性分析的正确性及幅相等效失真关系式的有效性。

%In order to determine the main factors of nonlinear distortion of a microwave power amplifier,the amplitude and phase distortion of the power amplifier are fitted based on the power series model firstly,and analytical relations between nonlinear distortion and amplitude/phase distortion are given based on the en-velope simulation. Secondly,the nonlinear distortion of power amplifier caused by amplitude and phase dis-tortion is analyzed respectively,and an equivalent distortion formula is given,which can be used to estimate the main factor of the nonlinear distortion and then guide the design and debugging of its analog predistor-tion linearizer. A Ka-band travelling wave tube amplifier( TWTA) is measured and linearized by an analog predistortion linearizer,which verifies the correctness of the analysis on the nonlinear distortion and the ef-fectiveness of the equivalent distortion formula between amplitude distortion and phase distortion.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2016(056)012【总页数】7页(P1393-1399)【关键词】微波功率放大器;Ka频段;非线性模型;互调失真;线性化【作者】邓海林;张德伟;周东方;杜健【作者单位】解放军信息工程大学信息系统工程学院，郑州450001;解放军信息工程大学信息系统工程学院，郑州450001;解放军信息工程大学信息系统工程学院，郑州450001;解放军91230部队，福州350000【正文语种】中文【中图分类】TN830.6微波功率放大器是无线系统发射链路的重要组成部分，其性能的优劣往往直接决定整个系统的性能水平。

微波功率放大器的非线性功率放大器的非线性共75页文档

13、遵守纪律的风气的培养，只有领导者本身在这方面以身作则才能收到成效。—— 马卡连柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅精神以及同全世界劳动者的团结一致，是取得最后胜利的保证。—— 列宁摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利微波功率放大器的非线性Fra bibliotek率放大器的非线性
11、战争满足了，或曾经满足过人的好斗的本能，但它同时还满足了人对掠夺，破坏以及残酷的纪律和专制力的欲望。 ——查·埃利奥特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段。纪律是教育过程的结果，首先是学生集体表现在一切生活领域—— 生产、日常生活、学校、文化等领域中努力的结果。— —马卡连柯(名言网)

射频微波功率放大器的非线性研究及应用

射频微波功率放大器的非线性研究及应用
王栋岩
【期刊名称】《移动信息》
【年(卷),期】2024(46)5
【摘要】在无线通信中,射频功率放大器是一个很重要的器件,它将直流电源的高电压和大电流转化为高频交流电源,使电能转化为高频率的机械能,从而完成功率的放大。

射频功率放大器是一个非线性器件,工作时会产生非线性失真,即放大器的输出信号与输入信号之间存在不平衡和非平衡问题。

当功率放大器输出信号偏离额定值时,其输出会产生较大的噪声干扰和失真,这种现象为谐波失真。

当射频功率放大器工作在多载波系统中时,会产生射频干扰和信号泄露。

为了减少射频干扰和提高发射机的功率效率,需对射频功率放大器进行非线性补偿。

【总页数】4页(P204-206)
【作者】王栋岩
【作者单位】中华通信系统有限责任公司河北分公司
【正文语种】中文
【中图分类】TP393
【相关文献】
1.射频功率放大器的非线性研究
2.射频与微波功率放大器的分类研究现状
3.射频功率放大器在无线通信中的应用研究
4.面向5G应用的毫米波CMOS射频功率放大器的研究进展
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其后的非线性函数模块 N(⋅) 组成。表示为[1]：
∑ y(l)
=
N
[
H
(q)
x(l
)]
=
N
⎡M −1 ⎢⎣ m=0 bm
x(l
−
m)⎤⎥⎦
=
∑ ∑ ∑ K
h2k −1
⎡ ⎢
M
−1
bm
x(l
−
m)
2(k −1)
⋅
M
−1
bm
x(l
−
⎤ m)⎥
（7）
k =1
⎢⎣ m=0
m=0
⎥⎦
M −1是所考虑的之前抽样个数，也代表模型的记
Key words：Behavioral models, Power amplifier, Nonlinearity, Memoryless, Linear memory, Nonlinear memory
引言
无线通信电路与系统级仿真时，需要建立功率放大器的模型。建立精确的模型对无线系统仿真，尤其是对预失真放大器系统的设计与仿真有着非常重大的意义。
频信号之间的关系如下[4]：
忆深度。这里使用有限冲击响应滤波器(FIR)表示
xRF (t) = Re[ x(t) exp( jωct)]
yRF (t) = Re[y(t) exp( jωct)]
（1）（2）
ωc 代表载波频率， xRF (t) 和 yRF (t) 分别是射频输
入输出信号。
传统的准静态无记忆模型的离散形式为：
如下[4]：
∑ y(l) = K H2k−1(q) x(l) 2(k−1) x(l) = k =1
∑ ∑ K
M −1
bm,2k −1
x(l − m) 2(k−1)
x(l − m)
（9）
k =1 m=0
其中，子下标 2k −1与该阶相对应的非线性项线性系
统的系数。PH 模型的复系数数量为 MK −1。PH 模
型的结构如图 1 所示。其中和标准 Hammerstein 模
型之间的差别是不同阶的贡献，比如三阶和五阶，
分别用不同的滤波器 Hi (q) 来滤波。由 Hammerstein 到 PH 模型的扩展是为了模型具有非线性记忆效应的功率放大器。从测试上来看，非线性记忆效应可
以看成为上下边带失真的不平衡性。
2. Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China)
Abstract ： In order to design and optimize high-linearity radio frequency (RF) power amplifier (PA) and communication subsystem, it is very necessary to build correct PA behavioral model in system-level simulation. This paper introduces concept and classification of behavioral models, gives model algorithm of a few reported behavioral models, analyzes and compares with the performances of these models, and meanwhile, two kinds of improved models is proposed. By analysis and comparison, we can draw conclusion: when specifying types of input signal, signal bandwidth, and operating frequency, a suitable behavioral model can be specified to model PA according to model performance and complexity. Finally, a universal rules of choosing PA behavioral models is given.
本文主要讨论功率放大器的各种行为模型，并对它们进行了比较，得出应用各种行为模型的适用条件及其性能特点。
1 行为模型算法
在讨论功放行为模型算方法之前，首先区分两种不同模型类别是必要的：处理射频信号的通带功放模型和处理包络信息的基带功放模型。因为仅仅包络携带了有用信息，因此功放通常采用基带模
型。这种模型将输入复包络信号 x(t) 直接映射到输出复包络信号 y(t) 上。输入输出的复包络信号和射
[ ] ∑ y(t) = f (x(t) = K a2k−1 x(t) 2(k−1) x(t) k =1
和 saleh 模型
A(t)
+ β A [A(t
)]2
φ
y
[A(t
)]
=
1
αφ A(t)2
+ βφ [A(t)]2
（4）（5）（6）
(2)和(3)是考虑线性记忆的行为模型；(4)、(5)、(6)、 (7)、(8)是考虑了非线性记忆效应的行为模型。
就射频功率放大器的非线性行为模型来说，主要分为两类：无记忆行为模型和有记忆行为模型。
* 收稿日期：2007-10-08
基金项目：国家自然科学基金（60573111）；高等学校博士学科点专项科研基金（20030013010）
第 24 卷增刊
南敬昌等：非线性射频功率放大器行为模型的分析与比较
171
在给定温度和直流偏置情况下，窄带功率放大器可 1.1 无记忆模型
摘要：为了设计和优化高线性功率放大器和通信子系统，系统级仿真中，构建功率放大器精确的行为模型是必要的。这篇文章阐述了功率放大器行为模型的概念与类型，详细给出了各种行为模型的算法，分析和比较了这些行为模型的适用情况和性能，同时提出了两种改进模型。通过分析和比较得出：当指定输入信号的类型、带宽和工作频率时，根据模型性能及其复杂度，能够选择一种合适的行为模型来表示功率放大器的特性；最后给出了射频功率放大器行为模型选择的原则。
y(l) = H (q)N [x(l)] =
∑ ∑ M −1 bm
K
h2k −1
x(l − m) 2(k−1) x(l − m) （8）
m=0 k =1
Hammerstein 模型的复系数的数量为
172
微波学报
2008 年 10 月
M + K = M + (O + 1) / 2 。Hammerstein 和 Wiener 模型是描述考虑记忆效应的功率放大器和预失真器非
x(t) = A(t)e jφ(t) ,α A 、β A 、αφ 、βφ 是功放 AM/AM
特性 Ay [ A(t)] 和 AM/PM 特性φy [ A(t)] 的拟合参数。
无记忆模型适合于窄带输入信号和温度不变的功
放系统。
1.2 Wiener 模型
Wiener 模型（H-N）是由线性滤波器 H (q) ，和
uk (l) = Fk (x(l)) = x(l) 2(k−1) x(l)
F1(x) u1(l) H1(z) y1(l)
x(l )
F2 (x) u2 (l) H 2 ( z) y2 (l)
y (l )
Fk (x) uk (l) H k (z) yk (l) 图 1 并联 Hammerstein 模型方框图
1.5 并联多级 Wiener 模型并联多级 Wiener 模型（PCWM）是并联在一
起的多个线性滤波器和非线性模块串联组成，如图 2 所示[5，6]。
PCWM 模型输出可以表示为：
P
y(l) = ∑ yp (l) = p =1
H p (z) u p (l) Fp (u)
y p (l)
图 2 并联 Wiener 模型方框图
率放大器，但是当功放系统具有大量的非线性记忆效应时，这对模型就降低的模型误差来说，和无记
x (l )
H 2 (z) u2 (l ) F2 (u) y2 (l )
y(l )
... ...
... ...
忆模型相比没有明显的优势。
1.4 并联 Hammerstein（PH）模型 PH 模型是 Hammerstein 模型的扩展，其表达式
广义上讲，功率放大器模型可分为两类：用于电路仿真的物理模型和用于系统级仿真的行为模型。功放的物理模型描述了组成功放各要素之间的物理关系，它们之间如何相互影响，通常根据功放内部工作的物理机理表示为等效电路形式或者 Volterra 多项式模型。行为模型主要用于模拟通信
子系统或模块的特性，完全取决于一组输入输出测试数据。这种模型能够模拟出功放的非线性和记忆效应，其缺点是该模型通常是模拟已存在的功率放大器，而对新设计的功放无能为力。为了获得功放系统的行为模型，测量功放输入输出数据，并根据预先定义的模型结构或算法抽取模型参数从而获得放大器的行为模型。这种模型在通信系统分析和预失真线性器的设计中可以看作是一种功放非线性的数学表达，其精度和复杂度主要取决于所采用的模型结构和参数抽取过程。
值的数量。
H(q) 。 Wiener 模型复系数的数量为
M + K = M + (O + 1) / 2 ，其中 O 是该模型的非线性
阶。 1.3 Hammerstein 模型
Hammerstein 模型是非线性模块 N (⋅) 和其后的线性滤波器 H (q) 组成。除了 FIR 外，有时也使用无限冲击相应滤波器(IIR)。其表达式可以表示为[1]：