射频功率放大器线性化技术研究

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1、摘要摘要随着高频谱效率的数字线性调制体制及多载波技术的广泛应用，为了保证调制保真度及避免干扰相邻信道内通信系统的正常工作，这对功率放大器的线性度提出了更为苛刻的要求。传统的输出功率回退虽然可以提高了功率放大器的线性度，但它牺牲了功率效率并增加了对放大器的功率容量的要求。为了解决线性度与效率之间的矛盾，过去提出了很多电路级和系统级的线性化技术。模拟预失真因其结构简单、成本低、对线性度改善中等及适合单片集成而备受关注。在研究器件的大信号失真特性的基础上而提出的器件级线性化技术因其可以在功率放大器线性度与效率之间取得很好的折中成为了一种很有前景的线性化技术。无一例外的是，要获得期望的功率放大

2、器指标，需要从器件、电路或系统的角度对放大器的失真特性有一个很好的理解。本文在改进后的非线性漏源电流模型基础上，获得了共源放大器的二阶和三阶互调失真功率的解析表达式。在此模型中考虑了二阶泰勒级数系数对三阶互调失真及交叉项对整个互调失真的影响。根据二阶和三阶互调失真表达式，分析了互调失真抵消效应及其对泰勒级数系数的本征依赖性和对栅极偏置、漏极偏置、工作温度、输入信号功率大小及负载阻抗的外部依赖性。分析了放大器的大信号互调失真特性，指出甲乙类放大器有可能在相同的线性度指标下获得比甲类放大器更高的效率。高频非线性电容会“平滑“放大器的IMDsweetspot。通过调整源端和负载阻抗可以提高放

3、大器的线性性能。提出了一种考虑了漏极寄生电感的二次谐波短路电路，并就如何选择最优的带内及带外阻抗给出了一些指导性意见。针对模拟预失真，首先分析了其基本原理及其理想特性，并就进一步提高预失真性能的一些限制性因素进行了详细的讨论。这些限制因素包括高阶互调失真项、幅度误差、相位误差和预失真器与主功放间的延时失配效应。记忆效应表现为互调失真上下边带的非对称性。重点分析了几种记忆效应并提出了一些记忆效应补偿方法。最后，利用二极管的自偏置特性提出了一种预失真信号波形可控的高性能宽带预失真器。关键词：功率放大器，非线性失真，器件级线性化技术，模拟预失真器ABSTRACTTheuseofspectru

4、m—efficientdigitallinearmodulationtechniquesandmulti—carrierradiocommunicationsystemsplacestringentlinearityrequirementsonthepoweramplifier，PA，inordertomaintainmodulationfidelityandavoidinterferingwithcommunicationsystemsintheadjacentchannels．Thoughconventionaloutputpowerback-offcanimprovethelin

5、earityofapoweramplifier，itseverelydegradesthepowerefficiencyandincreasesthecapacityrequirementoftheamplifier．Inthepast，manycircuit—levelandsystem—levellinearizationschemeshavebeenpresentedtosolvethecompetinglinearityandenergyefficiencyrequirements．Analogpre—distortionstandsoutbecauseofitssimples

6、lructure，lowcost，mediumlinearity，hi醢efficiencycomparedwithfeed-forwardandsuitableforstand-aloneintegration．Device—levellinearizationtechniqueshavebeenstandingasapromisingareainthesolutionofthepoweramplifier,linearityvelsusefficiencytrade—off,thankstorecentadvancesontheunderstandingofthedevice’Sl

7、arge—signaldistortionbehavior．Inallcases，achievingthedesiredpoweramplifierperformanceisonlypossibleduetotheappropriateunderstandingofthepoweramplifierbehavior，especiallytheintermodulationdistortionbehavior，fromadevice，circui