毫米波固态功放线性化技术研究仿真(4)
功率放大器最基本的非线性描述方法之一是它的振幅失真，结果导致其非线性转移特性。对理想线性放大器Vo= K1Vi（如图 2.2 所示）其中K1为放大倍数，但是一般的半导体器件，功率放大器输入信号较大时，管子出现饱和现象，于是导致了输出信号压缩，产生高次谐波引起失真。所以输出应该包括平方律项和三次项等高次分量，如果我们假设功率放大器是无记忆的，即其输出电压是其输入电压的瞬时函数，并且其非线性很弱(这是大多数通信系统的情况)，则输出电压Vo(t)可以用输入电压Vi(t)的泰勒级数表示为:
Vo(t) = k0 + k1Vi(t) + k2Vi2(t) + k33Vi(t) + … (2-1)
其中泰勒系数被定义为：
k0 = Vo(0) (直流输出) (2-2)
k1 = (线性输出) (2-3)
k2 = (平方输出) (2-4)
在(2-2)中，只有系数k0不为0，则该网络将作为整流器使用，将交流信号转换成直流信号。若只有系数k1不为0，就有线性衰减器(k1<0)或线性放大器(k1>0)。若只有系数k2不为0，则可实现混频或其他频率变换功能。
2.3 功率放大器非线性指标
我们考虑单频正弦信号加到一般的非线性放大器的输入的情形，研究具有适度非线性的功放，使Vo可以用式(2-1)的前三项来表示，即令：
Vo(t)=k0 + k1Vi(t) + k2Vi2(t) + k33Vi(t)
由式(2-5)给出输出电压为：
由上式可以看出，输出信号由所加的基频 分量、直流分量、二次谐波频率 和三次谐波频率 分量组成。Vo的基波分量振幅为 ，如果k3>0，则它大于 (系统为线性时的增益)；如果k3<0，则它小于 。这一特征称为增益扩大或增益压缩，大多数实用器件是增益压缩，即k3<0。
2.3.1 1dB压缩点输出功率
放大器有一个线性动态范围，在这个动态范围内，放大器的输出功率随功率线性增加，这时的功率增益就是小信号功率增益G0。随着输入功率的继续增大，放大器进入非线性区，其输出功率不再随输入功率的增大而线性增大。也就是说，此时的输出功率低于小信号增益所预计的值。由式(2-7)可知，与线性增益G0的定义相比，信号在基频 的增益可表示为:
而G0的定义为：
我们把输出功率从理想特性曲线下降1dB的功率点称为1dB压缩点，则1dB压缩增益为：
与ldB压缩增益相应的输入输出功率称为，“ldB压缩点输入功率”，记为Pin<1dB>和“ldB压缩点输出功率”，记为Pout<1dB>。
图2.3 非线性放大器的1dB压缩点示意图
2.3.2 互调失真
从式(2-7)可以看出，频率为 的输入功率的一部分转换成其他频率分量。式(2-7)第一项代表直流电压，它在整流器应用中是有用的响应。在频率 和 上的电压分量可用于频率倍增器电路中。然而在放大器中，其他频率分量的存在会导致信号失真(只要这些分量处于放大器的通带内)。
对于单一输入频率或音调 ，一般来说，输出由形式为 ，n=0，1，2，…的输入频率的谐频组成。通常，这些谐频处在放大器通带之外，因而不会干扰在 处的所需信号。然而，当输入信号包含有两个靠得很近的频率时，情况又当别论。
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