毫米波固态功放线性化技术研究仿真(2)
1 引言
1.1 线性功率放大器研究的背景及意义
在移动通信系统中，为了保证一定范围的信号覆盖，通常使用功率放大器来进行信号放大，进而通过射频前端和天线系统发射出去。然而在CDMA或W-CDMA的基站中，即使是单载波，也需要使用高线度指标的功率放大器。这是因为，CDMA技术是随机包络的宽带通道，如果采用一般的高功放（通常工作于AB类）进行信号放大，将由于交调失真的影响产生频谱再生效应，对相邻的信道产生严重的干扰。为此3GPP规定了频谱辐射屏蔽（Spectrum emission mask）的要求，而通常所说的高功放是难以达到这个要求的，虽然采用A类功放可能会达到这个要求，但是它的效率太低，也难以把信号放大到几十瓦的量级。为此，在高功放的基础上必须对其进行线性化的处理。通过对功率放大器进行线性化处理，在一定程度上缓解线性度与效率的矛盾。
近年来随着通信频谱资源的日益紧张，毫米波技术由于其巨大的频谱资源开发应用价值而成为迅猛发展的高新领域。毫米波介于微波和光波之间，波长短，频带宽，与大气环境成分的相互作用强，在雷达、精确制导、电子对抗以及短程通讯等方面性能优越，是通信技术重要的频谱资源[1]。随着毫米波技术广泛应用于各种系统平台，毫米波系统对于大功率固态发射机的需求日益迫切。电子战、 卫星通信、地面测控站等均需要高可靠性的大功率毫米波固态发射机，其发射功率需求为几瓦至几百瓦不等。作为毫米波发射系统的关键部件，功率放大器对工作效率和输出线性度的要求也越来越高，尤其是在航天测控、卫星通信等领域。为达到较好的通信质量和测控精度，对具有高线性度的毫米波固态功放的需求越来越迫切。而目前毫米波固态功放自身的线性度通常不能满足系统要求，需要采用相应的线性化技术来达到指标要求。
1.3 本文内容安排和主要研究成果
本论文是对毫米波固态功放线性化技术进行的综述性研究，主要研究现有功率放大器线性化技术，讨论各自的工作原理，并总结各自的优缺点及适用范围。在此基础上，提出一种基于预失真技术的毫米波固态功放线性化的实现方案，即在中频模块产生预失真信号，然后上变频到Ka频段，最终实现毫米波功率放大器的线性化。在微波仿真软件ADS中构建仿真电路，验证该线性化技术的有效性。内容大致分为三个部分：
第一部分是放大器非线性的理论分析及其线性化技术介绍，主要为后文的分析研究提供理论依据，由论文的第二章、第三章构成。在这里将功率放大器看作一个无记忆非线性系统，用AM-AM转换、AM-PM转换、交调失真等描述其非线性特性，引入放大器增益、1dB压缩点、互调失真、三阶截止点、临近信道功率比等相关技术指标的定义。最后简要介绍了目前常用的各种线性化技术，包括功率回退法、反馈法、前馈法、LINC法、EE&R法等，分析了各自的优缺点。着重讨论了预失真法的基本原理和分类。
第二部分是对二极管预失真器的研究，重点研究了基于肖特基二极管的模拟预失真技术，由本文的第四章构成。主要介绍了几种简单的二极管预失真器，包括单二极管预失真器、二极管对预失真器等，讨论各自的原理和结构。通过理论推导，详细论证了二极管预失真器工作原理。
第三部分是本文的重点，即基于模拟预失真技术的毫米波线性化固态功放的设计与仿真，由第五章构成。内容主要包括总体方案的设计、主要模块的介绍、最终功放系统的仿真。其中，基于肖特基二极管的预失真器的设计和仿真是整个设计的核心，着重讨论了该预失真器的工作原理，详细论证了其对功放三阶交调失真的抑制机理，并运用ADS软件进行实际的仿真分析。最后，在ADS软件中构建了整个线性化功放系统，通过仿真验证了预失真技术的有效性。
上一篇：MATLAB电子稳像算法研究仿真