一种用于预失真线性化器的宽带匹配技术

发布时间：2020-04-23所属分类：科技论文浏览：1次

摘 要： 摘要：由于放大链路的增益波动以及不同频点之间非线性特性的差异，预失真器难以在不同的频点同时实现非线性特性匹配，即令整个频带内不同频点的线性度指标同时满足要求。由于预失真器和放大器之间的非线性失配，放大器在某些频点的非线性特性还会恶化。本文

　　摘要：由于放大链路的增益波动以及不同频点之间非线性特性的差异，预失真器难以在不同的频点同时实现非线性特性匹配，即令整个频带内不同频点的线性度指标同时满足要求。由于预失真器和放大器之间的非线性失配，放大器在某些频点的非线性特性还会恶化。本文从线性化器与预失真器的宽带匹配出发，讨论了预失真线性化器与行波管放大器宽带匹配的条件以及非线性失配所带来的影响，当增益失配误差不大于1dB时，在行波管放大器自身的三阶交调值不大于40dB的非线性动态范围内，三阶交调下降幅度最大值为4.1dB;通过采用级联增益补偿电路的方式，降低链路增益波动，实现预失真器和放大器的非线性匹配，真正拓展预失真线性化器的工作带宽。

　　关键词：预失真;行波管放大器;非线性匹配;宽带匹配;级联增益补偿

　　线性化是一种通过系统级的方法解决放大器的失真问题的技术。在行波管放大器的非线性补偿中，线性化技术并非通过改变行波管放大器的内部结构从而减小其非线性失真分量的产生，而是在线性化器非线性失真存在的前提下，将行波管放大器视为放大系统的一个组成部分，通过外加线性化器的方法，提高整个放大系统的线性度指标。这个线性放大系统由线性化器和行波管放大器以及调节组件构成，称为线性化行波管放大器(LTWTA)。能够提高行波管放大器线性度的技术有很多，在众多技术中，预失真技术具有较宽的工作带宽[1-2]。

　　基于DSP的数字预失真和基于非线性器件的模拟预失真是实现预失真线性化技术的两种主要手段[3-11]。然而，在宽带应用中，数字预失真却具有非常明显的劣势，除了成本高昂、功率消耗大、工作带宽窄之外，限制数字预失真技术应用于宽带预失真技术的主要原因在于，当行波管的非线性特性随着频率发生改变，数字预失真无法进行相应的调整，提供合适的非线性特性补偿。模拟预失真具有能够产生复数传输函数的优势，这令其在指定的工作频带内更好地拟合行波管放大器所需要的非线性特性，从而为行波管放大器带来较佳的线性度改善。

　　模拟预失真技术能够在较宽的工作频带内提供放大器所需的非线性特性[12-14]。但是由于链路的增益波动以及不同频点之间非线性特性的差异，预失真器难以在不同的频点同时实现非线性特性匹配，即令整个频带内不同频点的线性度指标同时满足要求。更甚的，由于预失真器和放大器之间非线性失配，放大器在某些频点的非线性特性还会恶化。本文从线性化器与预失真器的宽带匹配出发，主要讨论预失真线性化器与行波管放大器宽带匹配的条件以及非线性失配所带来的影响，并对宽带预失真技术展开研究。

　　1预失真器的工作原理

　　预失真器工作带宽宽、功率消耗低、可以作为独立部件工作的特点是其能够广泛应用于微波毫米波频段的最大优势，其工作原理见图1。

　　2宽带匹配的理论分析

　　2.1宽带匹配的一般性原理

　　在宽带条件中，行波管放大器的小信号增益和相移也是影响预失真器工作性能的重要因素。当预失真器和行波管放大器级联时，预失真器发挥最佳性能的条件是，预失真器的插入并未改变行波管放大器的饱和点的工作状态。

　　3测试验证

　　图3给出了行波管放大器的三个工作频点的AM/AM特性曲线，可以看出：该行波管放大器的小信号增益在三个频点并不相同;三个频点的AM/AM转换特性也不相同，其1dB压缩点和饱和点具有很大差异。

　　图4给出了预失真器和行波管放大器不能良好匹配时，LTWTA的AM/AM特性曲线，可以看出，在等功率信号驱动下，当增益调节模块的增益值为常数时，行波管放大器在下边频处的线性化改善效果明显，而在中心频点和上边频，行波管放大器和预失真器出现失配。

　　本文所需要匹配行波管放大器的幅频特性曲线见图5。该行波管放大器在工作频带范围(12.92～13.42GHz)内的饱和点增益波动在1dB以内，其在下边频12.92GHz以及两个增益波动点13.24,13.33GHz的增益压缩曲线见图3。

　　该预失真器在12.92～13.42GHz的工作频带内，增益波动不超过1dB，具有5.2dB的增益和45°(如图6所示)的相位扩张能力，可以根据行波管线性化器的需求进行调整。

　　与行波管线性化器的联测时，分别测量了前文所述三个频点的增益和相位非线性特性，结果见图7，可以看出，由于采用了增益均衡器，预失真器和行波管线性化器在不同的频点能够实现良好匹配，1dB压缩点均向饱和功率点靠近，改善值不小于4dB，相移压缩量从30°左右减小到不超过10°。当进行双音测试时，在整个频带内的载波三阶交调比均有较大程度的改善，图8给出了整个频带范围内的载波三阶交调比的改善值，可以看出，在500MHz的工作频带内，载波三阶交调比最大改善量为3.5dB。

　　4结　论

　　本文从线性化器与预失真器的宽带匹配出发，讨论了预失真线性化器与行波管放大器宽带匹配的条件以及非线性失配所带来的影响，并通过级联增益补偿电路的方式，降低链路增益波动，实现预失真器和放大器的宽带非线性匹配。与行波管放大器的级联测试表明，采用本文提出的方法进行增益调节，能够改善预失真线性化器的工作带宽，且令行波管放大器在工作频带内的1dB压缩点改善不小于4dB，非线性相移不大于10°，载波三阶交调比指标最大改善量为3.5dB。

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