一种采用混频技术的预失真线性化方法

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1、一种采用混频技术的预失真线性化方法作者：同济大学电子与信息工程学院封丽梅贾建华摘要：研究了一种新的预失真技术，该技术从射频输入信号中检测出低频偶次项，再将其与射频输入信号混频产生IMD3和IMD5，并且对IMD3和IMD5实现了分别控制。将该线性化技术应用于CDMA直放站5W射频功率放大器，可使输出信号的三阶和五阶互调失真分别改善17dBc和15dBc。关键词：预失真；IMD3；IMD5；双平衡混频器；射频功率放大器一、引言近年来，随着对数据率和频谱效率要求的提高，无线通信领域广泛采用频谱利用率较高的线性调制技术如QPSK、64

2、QAM等调制方式。这些调制方式要求射频系统具有很好的线性特性，否则将会出现互调失真，导致频谱再生。功率放大器是射频系统的关键部件，也是产生非线性的主要部件，因此改善功放的非线性具有重大意义。功放线性化方法主要有三种：前馈、负反馈和预失真方法。在众多射频功率放大器线性化技术中模拟预失真方法成本较低。其优点不仅在于它的电路结构简单，而且功耗相对于前馈技术而言低很多。另外，由于模拟预失真方法采用的是开环控制方法，所以它的放大器频带宽度要比反馈方法宽。通常，为了提高功率放大器的工作效率，其功率管均工作在甲乙类状态。这时，放大器输出信号不

3、仅包含三阶互调失真，而且还存在更高阶的互调失真成分。因此如何分别抵消三阶和五阶互调失真成分显得尤为重要。---由于低频偶次IM产物被基频信号调制时能够产生带内奇次IM产物，所以本文通过基频信号分别调制低频二阶项（ω2-ω1）和四阶项(2ω2-ω1)产生IM3和IM5,从而分别控制三阶和五阶互调失真成分。二、设计方案及理论分析本文采用的预失真电路如图1所示，射频输入信号经功分器分为两路，一路为主通路，另一路经包络检波电路提取出(1/2)(ω2-ω1)，经乘法器倍频后产生二次项ω2-ω1，二次项再倍频产生四次项2ω2-2ω1，然后二

4、次项和四次项分别经双平衡二极管混频器与射频输入信号混频产生IM3和IM5。IM3和IM5的幅度和相位可以分别由各自支路上的衰减器和相移器调节，从而达到分别控制IM3和IM5的目的。---理论分析如下：设射频双音输入信号为x(t)=Acos(ω1t)+Acos(ω2t)，化简为x(t)=Acos(Δωt/2)cos(ωct)，其中Δω＝ω2-ω1，ωc＝1/2(ω2+ω1)。设包络检波电路的非线性系数为Gd，可变增益放大器对二次项的放大系数为Am2，对四次项的放大系数为Am4，则产生的二次项和四次项分别为Sω2-ω1＝GdAm2c

5、os[(ω2-ω1)t]，S2ω2-2ω1＝GdAm4cos[(2ω2-2ω1)t]。设混频器的混频系数为Gm，则Sω2-ω1、S2ω2-2ω1与双音输入信号x(t)经双平衡混频器后得到的输出信号有yω1=(1/2)AGdAm2Gmcos(ω1t)，yω2=(1/2)AGdAm2Gmcos(ω2t)，y2ω2-ω1＝（1/2）(AGdAm2Gm+AGdAm4Gm)cos[(2ω2-ω1)t]，y2ω1-ω2＝(1/2)(AGdAm2Gm+AGdAm4Gm)cos[(2ω1-ω2)t]，y3ω2-2ω1＝(1/2)AGdAm4Gm

6、cos[(3ω2-2ω1)t]，y3ω1-2ω2＝(1/2)AGdAm4Gmcos[(3ω1-2ω2)t]。从以上式子可以看出，通过调节可变增益放大器（增益可正可负）和相移器，可以分别控制三阶和五阶互调失真。另外由于A、Gd、Gm都是常数，所以yω1、yω2是Am2的函数，即调节IM3的幅值时将对主功率信号的幅值产生影响，因此在主通路中加入一个线性放大器，用来弥补预失真支路造成的主功率信号的衰减。一、仿真实验我们采用LDMOS晶体管MRF9045作为功率放大器最后一级的输出级，EIC100放大模块作为放大器的驱动级，EIC008

7、放大器作为增益级，预失真发生器接在驱动级和增益级之前。当输出功率为37.5dBm（双音）时，使用该预失真方法比未使用时IMD3和IMD5分别改善了17dB和15dB,利用ADS软件的仿真结果如图2、3所示。一、结论本文通过采用低频偶次IM产物与基频信号混频产生带内奇次互调失真信号，达到分别控制IMD3和IMD5的目的。该预失真技术可靠性好，应用于CDMA5W射频功率放大器的设计之中，有效的改善了线性功放的结构和性能，并使功放的三阶和五阶交调失真分别降低了15dBc和17dBc。今后，还准备将该技术应用于大功率多载波射频功率放大器

8、的设计之中。参考文献1吴道富，贾建华，刘振宇.前馈自适应线性功率放大器研究[J]同济大学学报（自然科学版）2002（6）715-7182J.Yi,Y.Yang,M.Park,W.Kang,andB.Kim.“Analogpredistortionlineariz