第15章RF功率放大器.ppt

* * 当放大器的输出功率接近1dB压缩点时，输出信号中将出现严重的失真。为了提高线性度， 功率放大器的输出功率通常被限制于1dB压缩点以下的能量范围内。 * * 为了利用非线性功率放大器来获得线性幅度调制， 漏端调制技术需要一个线性调制放大器，它本身就是一个低频功率放大器，它也会遇到效率和 线性度之间的折衷考虑问题。当调制放大器的功耗很大时，主放大器的效率会变得很差，而且，采用该技 术实现的功率放大器的线性度依赖于放大器的开环特性，线性度性能并不在设计者的直流控制之下。 输入信号分解为幅度调制信 号Vmod和恒包络相位调制信号Vrf两部分，Vmod输入到线性调制放大器M2的栅极，而Vrf输入到非线性主放 大器（此处为C类放大器）的栅极 。节点Vx的电压是电源电压Vdc和调制放大器的输出电压之和，它与输入信号幅度成线性关系，该电压作为由晶体管M1构成的普通C类放大器的有效电源电压，使得放大 器的输出功率与输入信号功率之间是一个线性关系，但同时保留了主放大器高效率的特点。 由于晶体管M2存在Knee电压，Vx不能达到0电平，因此这种放大器通常只 能达到60％～80％的调制深度，而不能达到100％的调制深度。如果需要达到100％的调制深度，可以在RF Choke电感上串联一个电阻，电阻上的直流压降可以使得主放大器的有效电源电压比调制放大器的电源电 压低，使主放大器的有效电源电压能达到0电平，从而实现100％的调制深度。采用这种方案的缺点是电阻 上存在热损耗，因此会降低放大器的效率。 * * 负反馈技术是提高模拟电路线性度常用的一种技术，它也可以用作射频功率放大器的线性化技术之 一。但直接对射频信号进行负反馈处理在技术上并不容易实现 考虑到线性化处理仅需在调制带宽范围内 有效，反馈信号可以只是调制信号的包络，称之为包络反馈技术 功率放大器的输出经解调器解调后，恢复出调制信号，反馈到系统的输入，与原始调制信号进行比较，比较后的误差 量经放大和上变频后，送入功率放大器进行放大。这是一个负反馈系统，当环路传输增益大于1时，只要反 馈回路是线性的，系统的线性度就可以得到改善。线性度改善的程度与环路传输增益成正比，当环路传输 增益达到无穷大时，该系统可以实现一个理想的线性发射机。 限制了包络反馈技术在线性发射机系统中的应用：（1）同所有负反馈系统一样，包络反 馈系统也会遇到稳定性问题；（2）整个系统的闭环增益与环路增益是成反比的，当增加环路增益来提高线 性度时，系统的闭环增益也成比例下降，因此环路增益并不能无限高；（3）环路的增益带宽积也是限制线 性度提高程度的一个因素；（4）包络反馈技术要求反馈回路是完全线性的，解调器引入的非线性和相移会 严重影响线性度性能。 * * 前馈的概念早在1929 年10 月就有人提 出， 但直到1960 年才受到电路工作者的重 视， 其主要原因有：!前馈是一种开环电路， 所有器件特性随时间的变化不能被补偿；在 整个频带内，电路元件的转移特性必须限定为 几分之一分贝；#要采用第二个辅助放大器， 增加了复杂度和技术难度。但是它也有许多潜 在的优点， 如：因此前馈法广泛应用于超线性功率放大器 中。 放大器的增益为A0，可能存在一定的非线性，因此主 放大器的输出为AVin + 2，2是放大器非线性引入的失真。两个延时模块可以补偿放大器的延时，使得进 行减法操作时，两个支路的信号是完全同相的。主放大器的输出经过一个理想线性的衰减器，它的增益 为1=A0，衰减器的输出与延时后的输入信号相减，得到一个仅与放大器失真成正比的信号，该信号幅度很 小，送入辅助放大器进行放大，输出为2 + ±，±是辅助放大器引入的失真。由于辅助放大器的输入信号幅度 很小，可以认为它是一个线性放大器，因此± ? 2。两个支路的信号最后相减后，得到的信号为AVin + ±， 信号失真大大减小。 * * 预失真技术也是一种开环线性化技术，它通过一个预失真模块给功率放大器的输入引入一定的失真， 预失真模块的设计要使得功率放大器引入的失真完全补偿预失真模块引入的失真，得到一个理想线性化的 传输函数。 这种技术常用于数字基带和中频信号处理 中，既可以工作于窄带，也可以工作于宽带。其 中最常见的两种类型是：（1）映射预失真；（2） 恒定增益预失真。 如果功率放大器传输函数的幅度和相位能够确定，那么可以通过在基带补偿的办法纠正功率放大器的 任何失真，如图10-78所示。预失真模块的幅度和相位随输入功率的变化曲线与功率放大器完全相反，级联后就可以得到一个与输入信号功率无关的常数增益和恒定相移 * * 功率放大器调制 调制方式 线性化技术 * * 调制方式 恒包络调制方式 信息仅调制载波的相位，而不改变载波的幅度，调制后信号波形的包络