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射频线性功率放大器研究

林强  
【摘要】:功率放大器(PA)是通信系统中非线性最强的器件之一,其非线性失真将导致频谱扩展而干扰邻道信号并恶化误码率。此外,失真还使系统的数据率下降而降低了系统的容量,或使系统信道频率间距变大而使系统的频谱利用率下降。线性化技术是克服PA 非线性影响的唯一有效手段。线性化技术就是利用辅助电路消除PA 非线性引起的失真,从而维持系统的容量并避免干扰的产生。线性PA 的设计应包括三个方面,PA 非线性对通信系统影响的定量分析,得出系统所要求的PA 非线性指标; 线性PA 的设计; PA 辅助电路的设计,包括巴伦、滤波器、定向耦合器等。如何定量地描述PA 非线性特性及其对通信系统的影响、如何设计线性PA 已成为当今的研究热点。 本论文的研究内容包括三个方面,PA 非线性分析; 反馈预失真线性PA 设计; PA 辅助电路-微带巴伦和DGS 微带滤波器-设计。其中,有创新和有价值的研究工作主要表现在以下几个方面: 1)提出利用PA 非线性指标估算码分多址CDMA 系统误码率的方法以及PA 功率回退的估算方法。众所周知,PA 的非线性失真将导致通信系统性能的恶化,但PA的非线性指标和通信性能指标(如误码率)间缺乏明确的关系。各种通信系统都提出相应的PA 非线性指标要求,但指标的由来缺乏明确的说明。文中以CDMA 的基本模型和PA 的幂级数模型,提出一种定量分析PA 非线性对CDMA 系统误码率影响的方法。此外,双音测试被广泛用于分析放大器的非线性特性,其指标包括三阶交调(IM3)和三阶截断点(IP3)。但是,实验和分析结果表明他们不足以充分描述放大器非线性对CDMA 系统的影响及其产生的信号频谱再生或邻道干扰。邻道功率比(ACPR)能较好地描述PA 的非线性影响,是CDMA 系统最常见的非线性指标,但它与PA 的性能参数(1dB 压缩点功率和IP3)间缺少明确的定量关系。根据放大器的幂级数模型和CDMA 基本模型,文中给出利用PA 的功率增益和1dB 压缩点功率估算CDMA 系统ACPR 的计算公式,以及满足系统非线性要求的功率回退计算方法。 2)提出并分析了反馈预失真线性化技术及其实现方案。前馈线性化技术结构复杂,较难实现但具有很高的非线性改善性能。负反馈线性化技术是闭环系统,具有自适应能力,但对系统的延迟时间和增益要求较高。从线性化的角度看,负反馈技术是用增益换取失真抑制。预失真技术结构最简单并具有中等的非线性改善性能,如何获取反映PA 非线性特性的预失真信号是预失真技术的关键。本文提出反馈预失


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