毫米波固态功放线性化技术研究仿真(6)
在多信道通信系统中，功率放大器产生的非线性信号对临近信道干扰与三阶交调系数有密切的关系，ACPR可由IMD推算出，公式如下：
其中：
n为信道个数，mod()是取余函数。
2.4 本章小结
本章是对功率放大器非线性的理论分析，为后文的分析研究提供理论依据。简要讨论了功率放大器产生非线性失真的原因；构建功率放大器的非线性模型，把功放输出函数展开为泰勒级数进行分析；详细讨论了功率放大器的非线性指标，包括：放大器增益、1dB压缩点、互调失真、三阶截止点、临到信噪比等。
3 功率放大器的主要线性化技术
功率放大器的线性化技术主要有功率回退法、负反馈法、前馈法和预失真法等方法[16]。在本章中，主要介绍这几种比较常用的线性化技术，分析其工作原理，并且讨论各自的优缺点及适用范围。
3.1 功率回退法
功放在小信号时处于线性增益区，随着输入信号的增大功放开始进入增益压缩区，继而达到饱和。所谓功率回退法实质上是把功放的输出功率从ldB压缩点向后回退，使它工作在远小于ldB压缩点的电平上，此时功率放大器远离饱和区，进入到线性区。当输出功率在1dB压缩点附近功率每回退1dB，三阶互调系数将改善2dB。假设一个1dB压缩点输出功率为10W的功率放大器，对应的三阶交调系数为-20dB，若限制输入功率，使其输出功率仅为1W，则三阶交调系数变为-40dB。它的优点是简单易实现，不需要增加任何附加设备，因而是改善放大器线性特性的一种有效方法；缺点是降低了放大器的功率附加效率，且不能充分利用放大管的功率容量，当需要高功率输出时，单管不能达到要求的功率，将增大放大器的成本；另外当功率回退到一定程度，如当IM3达到-40dB以下时，继续回退将不再改善放大器的线性度。因此在线性度要求较高的场合，完全靠功率回退是远远不够的。
3.2 反馈法
反馈的技术是一种比较简单的线性化技术，由美国人H.S.Black于1937年提出[17]。这种技术被广泛地应用于低频段的模拟功率放大器中，在低频段可以有效地抑制失真，且精度较高。但在RF和微波领域，其带宽和稳定性都受到了很大的限制，此时则常使用反馈技术的变形，如极性环反馈法和笛卡尔环反馈法等。
从功放线性化的角度考虑，负反馈系统是通过牺牲功放增益来达到压缩失真信号的目的。换言之，功率放大器必须提供足够高的增益才能得到较好的功率增益和线性度。由于固态晶体管的增益会随着频率的增加而降低，高频情况下环路增益会下降许多。此外，反馈环上的有限时延限制了带宽，并且也难以获得较高的闭环增益，最终对三阶交调失真的改善也极为有限，因此负反馈系统并不适合在高频情况下应用。
3.2.1 直接反馈法
反馈法主要有两种：直接反馈法和间接反馈法。经典的反馈法原理如图3.1所示：
图3.1 直接负反馈原理图
直接负反馈法是利用放大器输出的非线性失真信号抵消放大器自身的一部分非线性，其基本原理是：输出信号含有三阶互调失真分量，该输出信号通过耦合器使一部分信号进入反馈网络，反馈网络包含衰减器和移相器，通过反馈网络调节失真信号的幅度与相位，在反馈网络中不断将反馈回来的失真信号与输入信号合成，再经过耦合器输入功率放大器。最后，在功率放大器输出端口输出的基波信号虽然比没有反馈网络时有所损失，但三阶互调分量得到了明显的抑制。
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