[通信工程電子信息工程信息工程論文]衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器非線性失真原因分析(編輯修改稿)
2024-11-18 05:33 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 種簡(jiǎn)化的多項(xiàng)式函數(shù)關(guān)系為： ? cu bu au )(uu 5i3ii0 ???? i （ 1） 其中 a， b， c 等是常數(shù)。具體的放大器對(duì)應(yīng)著不同的常數(shù)和階數(shù)去逼近輸出與輸入的函數(shù)關(guān)系。此外，還可以用一些簡(jiǎn)化模型表示放大器輸出與輸入之間的函數(shù)關(guān)系。圖 4( a)中的曲線是使用正交模型畫出的幅度非線性曲線。 7 圖 4 高功放的幅度非線性和相位非線性曲線 透明轉(zhuǎn)發(fā)器的調(diào)幅 — 調(diào)相轉(zhuǎn)換效應(yīng) TWAT 功放的非線性除瞬時(shí)幅度非線性外，還有 AM /PM 效應(yīng)，即 輸入信號(hào)的包絡(luò)變化會(huì)引起輸出信號(hào)的相位變化，如圖 4( b)中的曲線是使用正交模型畫出的輸出相移隨輸入信號(hào)幅度變化的非線性曲線。 當(dāng)輸入到功放的激勵(lì)電平減小到飽和電平以下時(shí)， AM /PM 轉(zhuǎn)換效應(yīng)通常要超過(guò)瞬時(shí)幅度非線性的影響而占主導(dǎo)地位。圖 5 是 TWTA 的 AM /PM 轉(zhuǎn)換效應(yīng)模型。圖中 A ( t)是輸入信號(hào)包絡(luò)， (A) ? 是由 AM /PM 轉(zhuǎn)換效應(yīng)引起的相移。當(dāng)激勵(lì)電平很小時(shí)，由包絡(luò)起伏所引起的相位調(diào)制近似與包絡(luò)平方成正比，也即 當(dāng) A 足夠小時(shí) ,它與輸入功率電平成正比，即 ( 2) t )(A2K( A ) 2?? 對(duì)不同的放大器 ,常數(shù) K 是不同的。 圖 5 AMPM 非線性模型 8 透明轉(zhuǎn)發(fā)器的 AM /PM 和瞬時(shí)幅度非線性的復(fù)合效應(yīng) 圖 6 給出了 TWTA 功放的近似模型。在圖 6 中 ,假設(shè) 2KA )(A ?? ，瞬時(shí)幅度非線性是簡(jiǎn)單的三次方形式 3 ZK Z ) Z( F3??，當(dāng)輸 入為 ) t c o s(A T) ( X 0 ?? ?? 時(shí)，則輸出是 ) t ( c o sAK ) t ( c o sA ) Z( F 03 330 ?????? ?????? ) t(3 ) t ( c os43 AK ) t ( c osA 003330 ???????? ??????? (3) 當(dāng)忽略 ) t(3 0 ?? 時(shí)，帶通濾波器的輸出為 3 ? ? )](c o s []431[ 023 AtAAKty ??? ???? )]ts in (]21)[[ c o s (]431[02023 ?????? ?????? tAAK (4) 當(dāng) 2/1)( ?A? 時(shí)， 若 AM /PM效應(yīng)是 2)( KAA ?? ，輸出就變成 ? ? ? ? )c o s ( 0 ?? ?? ttAty )]0c o s ([43 23 ?? ?? tAAK )]c os ([43)s in ([04302 ???? ???? tAAKtAKA )]c os ([21 02 4 ?? ?? tAAK (5) 式中，第二項(xiàng)是幅度非線性本身造成的失真，第三項(xiàng)和第五項(xiàng)是 AMPM 效應(yīng)，第四項(xiàng)則表示 AMPM 與幅度非線性之間的相互作用結(jié)果。 9 圖 6 TWTA 的非線性模型 第三章 交調(diào)干擾與互調(diào)干擾 由上邊所述可以知道由于轉(zhuǎn)發(fā)器的非線性，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生一些額外的頻率成分，而正是這些頻率成分會(huì)造成交調(diào)干擾和互調(diào)干擾。 交調(diào)干擾及解決措施 交調(diào)干擾 當(dāng)載波通過(guò) TWTA 放大時(shí)，由于 TWTA 的非線性而產(chǎn)生各種組合頻率成分。當(dāng)這些組合頻率一旦落入通帶內(nèi)，便會(huì)造成對(duì)有用信號(hào)的干擾，這種干擾就是交調(diào)干擾。 已知 AM/AM 的變換近似為 ????? 5533)( iiiiio uauauauu （ 31） 假設(shè)僅有振幅分線性的情況，且轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入是由 n 個(gè)等頻率間隔。等振幅載波組成餓輸入信號(hào) ???? ni iiittAu1))(c os ( ?? （ 32） 輸入信號(hào)的總功率為 221nAPti ? （ 33） 將 iu 帶（ 31）式得 HIttBuMini n???? ??)](c o s [10?? （ 34） 式中： H 是諧波（ iK? ）項(xiàng)； MI 是落入通帶內(nèi)的交調(diào)成分，其組合頻率是 ? ?12 ?? ii ff 、 10 ? ?21 ?? ?? iii fff 等； nB 為各個(gè)載波的輸出電壓幅度 ? ? )]1(23)2(161[)(15)21)((31{2 21513211 ???????????????? nnnnPaannPaanPaB tititin }]241)1(2434)2)((3)3)(2)(1[()(105 317 ???????????? nninnnnnPaa ti 式中： 211 2 ??????nPa ti 為 AM/AM 變換特性的線性部分所產(chǎn)生的輸出電壓幅度，括號(hào) n 的函數(shù)表示因非線性特性所造成的輸出電壓被壓縮的因子。 對(duì)于 TWTA 幅度非線性所產(chǎn)生的交調(diào)成分也可將式（ 32）代入式（ 31） 中求得。在交調(diào)成分中頻率為 ? ?12 ?? ii ff ， ? ?21 ?? ?? iii fff 的三階類型影響最大，而頻率為? ?21 ?? ?? iii fff 的五階類型影響最小。 解決措施 交調(diào)干擾是比較突出的問(wèn)題，因此人們研究了不少減少交調(diào)干擾的的方法。 （ 1） 控制各載波中心頻率的間隔，合理分配不同幅度、不同容量的載波位置 當(dāng)載波數(shù)較大時(shí)，必須根據(jù)交調(diào)產(chǎn)物的分布情況，合理的選擇個(gè)載波中心頻率的間隔而不要等間隔的配置。選擇載波頻率間隔的方法有很多，但在實(shí)際衛(wèi)星系統(tǒng)中，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的各載波往往是幅度和頻帶都不相等，常常需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究載波的配置方法。 （ 2） 加能量擴(kuò)散信號(hào) 當(dāng)調(diào)頻多路電話負(fù)荷很輕時(shí)，調(diào)頻信號(hào)頻譜就會(huì)出現(xiàn)能量集中分布的高峰。這樣將會(huì)在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器內(nèi)出現(xiàn)高電平三次或五次交調(diào)產(chǎn)物。所以對(duì)多路電話調(diào)頻的載波來(lái)說(shuō)，當(dāng)通話減少或接近調(diào)制的時(shí)候，若用一個(gè)適當(dāng)?shù)男盘?hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，就可使調(diào)頻信號(hào)品撲在工作頻帶內(nèi)均勻分布，從而降低干擾電平。 這個(gè)信號(hào)就是所謂能量擴(kuò)散信號(hào)，實(shí)際上它是一個(gè) 20~150Hz 的對(duì)稱三角波。 （ 3） 對(duì)上行線路的載波功率的控制 因行波管的非線性會(huì)產(chǎn)生交調(diào)分量外，還會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)信號(hào)抑制弱信號(hào)的“功率掠奪”現(xiàn) 11
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