【正文】 架構(gòu)（如延遲線的選取等）影響外，載波抵消環(huán)的抵消程度對效率有很大的影響。如果抵消精度高，一是可以減小誤差放大器的功率，二是可以減小輸出抵消的損耗，三是可以降低主功放的壓力。正如大家所知道的，RF功率管是功放中最貴重的器件，只有它的用量降下來，才有望大幅度的降低整機的成本，同時增加效率。第七章 功放中預(yù)失真技術(shù)目前，最常用的線性化技術(shù)包括功率回退、前饋和預(yù)失真。功率回退技術(shù)即業(yè)內(nèi)統(tǒng)稱的高功放設(shè)計技術(shù)，利用從1dB壓縮點（P1dB）的大量功率回退，使功率放大器工作在線性段的功率動態(tài)內(nèi)。這種技術(shù)是完全依靠放大管（特別是末級功放管）本身的性能來保證功率放大器的線性指標的，它只適合與小功率（一般不會超過50W）并且線性指標要求不高（譬如單載頻CDMA信號功率放大）的環(huán)境使用，對于大功率和高線性要求（譬如多載頻CDMA和WCDMA信號放大）的使用環(huán)境，則無法采用；前饋技術(shù)是利用兩個信號對消環(huán)路反相抵消消除功率放大器輸出信號中的非線性失真產(chǎn)物，實現(xiàn)功放電路的線性化目的，達到完全滿足系統(tǒng)要求的線性放大指標。這種技術(shù)具有線性化處理帶寬寬（最大可達30MHz）、線性改善指標高（最大可達25dB）以及技術(shù)成熟容易設(shè)計實現(xiàn)的優(yōu)點，但是由于構(gòu)成相對復(fù)雜，也具有生產(chǎn)一致性難以把握和成本比較高的缺點。 預(yù)失真原理預(yù)失真是近年來迅速發(fā)展的一種全新的射頻功率放大器線性化技術(shù)，它是依靠在功率放大器輸入通道中插入非線性傳輸環(huán)節(jié)——預(yù)失真器，在功率放大器輸入信號中引入相關(guān)的預(yù)先失真分量，然后在輸出端與功放的輸出信號疊加，利用預(yù)失真器與功放電路正交相反的非線性特性，抵消消除功放的非線性產(chǎn)物，實現(xiàn)功放的線性化目標。，利用線1所示的預(yù)失真器的非線性特性曲線修正線3所示的功放的非線性特性曲線，就得到了線2所示的系統(tǒng)的線性特性曲線。 預(yù)失真技術(shù)原理示意圖在實際使用中，由于功放的非線性性能會隨著工作環(huán)境溫度、信號頻率、輸出功率以及時間老化因子等因數(shù)隨時發(fā)生變化，而且不可能直接找到與功放完全匹配的非線性器件實現(xiàn)理想的預(yù)失真器，因此普通的預(yù)失真技術(shù)不能確保一定的線性改善效果，而必需加入相應(yīng)的自適應(yīng)控制機制，實現(xiàn)所謂的自適應(yīng)預(yù)失真。，自適應(yīng)控制器通過監(jiān)測取樣的輸入、輸出信號特性，動態(tài)調(diào)整預(yù)失真器的非線性性能，閉環(huán)控制保證系統(tǒng)的線性化改善效果。 自適應(yīng)預(yù)失真原理框圖從實現(xiàn)方法上，可以將預(yù)失真技術(shù)分為模擬預(yù)失真和數(shù)字預(yù)失真。模擬預(yù)失真是通過在射頻功率放大器的射頻輸入通道中插入可以產(chǎn)生預(yù)失真效果的模擬器件，從而實現(xiàn)預(yù)失真目標。由于模擬器件的非線性性能和工作帶寬限制，這種預(yù)失真手段難以達到比較好的線性化改善效果，一般為5~7dB，線性化帶寬也比較窄，一般為5~10MHz；數(shù)字預(yù)失真的應(yīng)用和開發(fā)目前比較熱烈，它是通過在發(fā)信機前端基帶輸入和中頻I、Q調(diào)制之間插入的全數(shù)字預(yù)失真電路實現(xiàn)的，即利用特定的預(yù)失真算法，通過數(shù)字信號處理（DSP）過程，對輸入的基帶信號實現(xiàn)即定的擴譜包絡(luò)調(diào)制，而這種擴譜包絡(luò)調(diào)制的特性是與功率放大器的非線性互調(diào)特性完全正交匹配相反的，所以可以有效抑制功率放大器的非線性互調(diào)，從而達到改善功放線性指標的目的。由于數(shù)字預(yù)失真的改善效果只受限于處理算法的復(fù)雜程度和DSP的硬件處理能力以及外圍A/D、D/A電路的轉(zhuǎn)換速度，理論上它可以實現(xiàn)與前饋技術(shù)同等的線性化改善效果。下面具體介紹目前比較流行的兩種模擬預(yù)失真和一種數(shù)字預(yù)失真的線性化處理方法。 預(yù)失真方法 模擬預(yù)失真方法。它是基于正交功率合成技術(shù)中隔離端信號抵消的原理，利用線性放大通道A輸出的信號在合成隔離端抵消消除非線性放大通道B輸出信號中的信號成分，得到非線性失真信號，并通過自適應(yīng)的幅度、相位調(diào)整后，耦合引入功放輸入信號中，實現(xiàn)預(yù)失真。這種方法具有構(gòu)成簡單、容易設(shè)計并且穩(wěn)定性比較好的特點，但是改善效果比較差（45dB），而且無法實現(xiàn)近、遠端互調(diào)同時抑制，也就是說改善了3階改善不了5階，而改善了5階又改善不了3階。因此，只是配合并適當完善前饋線性化系統(tǒng)使用。 模擬預(yù)失真方法1原理示意圖還有一種比較復(fù)雜但是可以同時抑制近端和遠端互調(diào)的模擬預(yù)失真技術(shù)，它是通過諧波發(fā)生電路生成輸入信號的多次諧波并引入到輸入信號中，進而實現(xiàn)預(yù)失真。功率放大器產(chǎn)生的3階互調(diào)是多載頻信號中一個頻率的基波與另一個頻率的2次諧波混頻造成的（fIM3=2f1f2和2f2f1），5階互調(diào)是多載頻信號中一個頻率的2次諧波與另一個頻率的3次諧波混頻造成的（fIM5=3f12f2和3f22f1），那么通過功放輸入信號中引入的特定幅度和相位特性的2次和3次諧波有效抑制功放管中的2次和3次諧波形成，進而抑制功放輸出端的3階和5階互調(diào)形成，實現(xiàn)線性化目標。圖4中通過特定的ALC（自動電平控制）電路，使預(yù)失真器中諧波產(chǎn)生電路的輸入信號在系統(tǒng)全動態(tài)范圍內(nèi)保持固定幅度，這樣就保證了通過倍頻和基波與2次諧波混頻形成的2次和3次諧波的幅度也是固定不變的，這樣系統(tǒng)就可以按照最佳線性改善的目標隨意調(diào)諧引入2次和3次諧波的幅度和相位。這種技術(shù)應(yīng)該對3階互調(diào)和5階互調(diào)同時抑制57dB。 模擬預(yù)失真方法2示意圖 數(shù)字預(yù)失真方法數(shù)字預(yù)失真是近幾年迅速發(fā)展起來的一項射頻功率放大器線性化技術(shù)，它是結(jié)合蜂窩移動通信系統(tǒng)基站發(fā)信機一體化設(shè)計實現(xiàn)的。目前我們公司主要接觸的是由PMC公司推出的一套基帶預(yù)失真方案，是基于PM7815和PM7818數(shù)字預(yù)失真芯片實現(xiàn)的。 數(shù)字預(yù)失真方案示意圖，PALADIN15的DCSP（Digital Correction Signal Processor，數(shù)字校正信號處理器）芯片采用PMC的7815，PALADIN18的DCSP芯片采用PMC的7818，兩種電路板的ACPCE（Adaptive Control Processor Compensation Engine，自適應(yīng)控制處理器補償引擎）均采用TI的TMS320C5410數(shù)字信號處理器，PALADIN15的預(yù)失真處理帶寬為10MHz，PALADIN18的預(yù)失真處理帶寬為15MHz。這種預(yù)失真系統(tǒng)的信號處理過程如下：首先，ACPCE根據(jù)BTS控制處理器傳來的基站系統(tǒng)空中接口定義計算相應(yīng)的預(yù)失真控制參數(shù)，并傳送給DCSP，產(chǎn)生初始預(yù)失真量化表，DCSP形成最初的預(yù)失真處理過程，對基站MODEM輸入的基帶信號進行原始的預(yù)失真操作，并輸出已經(jīng)同時完成了數(shù)字中頻I/Q調(diào)制的數(shù)字信號給D/A轉(zhuǎn)換器；然后，DAC生成已經(jīng)完成預(yù)失真和中頻I/Q調(diào)制的模擬中頻信號，再經(jīng)過上變頻得到功率放大器的射頻輸入信號；再后，功放輸出信號一方面輸出到天線發(fā)射覆蓋用戶區(qū)，另一方面被取樣后通過下變頻和A/D轉(zhuǎn)換形成參考信號回送給DCSP，由其處理后連同輸入的基帶信號信息一起反饋給ACPCE；最后，ACPCE通過計算、處理、比較系統(tǒng)的預(yù)失真線性化改善效果，閉環(huán)修正DCSP的預(yù)失真參數(shù)表，使之優(yōu)化預(yù)失真算法，進一步改善系統(tǒng)的預(yù)失真線性化處理結(jié)果，當然，ACPCE還應(yīng)該隨時將系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息上報BTS控制處理器。PALADIN的預(yù)失真處理是一個反復(fù)調(diào)整、不斷改進的閉環(huán)控制過程，因此可以實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定的最佳線性化改善效果。 PALADIN數(shù)字預(yù)失真性能參數(shù)表Air InterfaceInput Signal BandwidthPM7815PALADIN15PM7818PALADIN18UTRA and WCDMA1carrier WCDMA5MHzYesYes2carrier WCDMA10MHzYesYes3carrier WCDMA15MHzNoYescdma2000 and IS953channelcdma2000 1xRTT (or IS95)5MHzYesYes1channelcdma2000 3xRTT6channelcdma2000 1xRTT (or IS95)10MHzYesYes2channelcdma2000 3xRTT9channelcdma2000 1xRTT (or IS95)15MHzNoYes3channelcdma2000 3xRTT通過將PALADIN系統(tǒng)與公司的功放產(chǎn)品（譬如CDMA事業(yè)部的800MHz和1900MHz高功放）結(jié)合試用和測試，我們發(fā)現(xiàn)這種線性化方案具有構(gòu)成較為簡單、線性化處理效果穩(wěn)定、實現(xiàn)直流射頻轉(zhuǎn)換效率高（一般的前饋技術(shù)最多只能實現(xiàn)10%的轉(zhuǎn)換效率，而使用PALADIN預(yù)失真技術(shù)實現(xiàn)的效率可以達到12%~13%）的優(yōu)點，但是同時也存在處理速度慢（秒量級）和線性化改善效果不夠理想（前饋技術(shù)的線性化效果基本可以達到15dB ~20dB，PALADIN預(yù)失真技術(shù)只能實現(xiàn)8dB~10dB的線性化改善，而且當功放的增益平坦度和相位線性度指標比較差時，改善效果還會進一步降低）的缺點，總體上來說，這種技術(shù)仍處于實驗階段，現(xiàn)在直接用于具體產(chǎn)品設(shè)計風(fēng)險比較高，國外產(chǎn)品中沒有見到該技術(shù)大量應(yīng)用的事實也充分說明了這一點。 55第八章 功放設(shè)計中的材料材料選型是微波功率放大器設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)，合理地選擇材料能夠最大程度地優(yōu)化指標、降低成本、提高可靠性。材料選型應(yīng)以功放的具體要求（技術(shù)指標、使用場合、外形等）為基礎(chǔ)。不同的功放有不同的技術(shù)指標要求，本文將以微波功放中常用的材料結(jié)合技術(shù)指標要求對材料選型進行逐一分析。 功放管的選型功放管選型是功放材料選型中的關(guān)鍵，因為功放管幾乎與功放中所有的技術(shù)指標要求緊密相關(guān)，所以功放管選形對功放設(shè)計合理與否起決定作用。實際上，選擇功放管要考慮的因素很多，這里我們就一些對功放管性能產(chǎn)生巨大影響而又容易被設(shè)計人員忽略的方面來分析如何選擇合適的功放管以保證功放的性能。 工作帶寬功放管的輸入輸出端口Q值對功放的帶寬影響很大。原則上，此Q值不能大于工作中心頻率與工作帶寬的比值，并要留有較大的余量。下面以一個工作中心頻率為450MHZ，工作帶寬為100MHZ的寬帶功放舉例說明。本功放選用了ST公司生產(chǎn)的SD1563作為末級放大，我們可以計算一下SD1563是否滿足功放的帶寬要求。SD1563在本功放指定的工作條件下，輸入輸出阻抗分別為2++，（）（），（450MHZ/100MHZ），所以，此功放管滿足帶寬要求。實際上，阻抗匹配電路的Q值對功放的帶寬影響也同樣很大，尤其是多級功放管級聯(lián)放大時，整個功放的帶寬會小于其中任何一級的放大器的帶寬，這些問題都是在功放設(shè)計時應(yīng)考慮的問題，但不屬這里要討論的范疇。 線性度線性功率放大器在移動通訊基站中被廣泛采用，大功率的線性功率放大多采用AB或B類放大，功放管一般選線性度較好的LDMOS功率晶體管。目前，LDMOS功率晶體管的生產(chǎn)商主要有MOTOROLA、PHILIPS、ERICSSON等國外廠商。另外，GaAs功放管在基站線性功放中也有應(yīng)用，特別是在日本。由于本國擁有大量的GaAs制造商，所以日本產(chǎn)的線性功放大都采用GaAs功放管，但由于GaAs功放管低電壓、大電流的工作模式，使得GaAs在與LDMOS在基站線性功放的競爭中明顯處于下風(fēng)。為了保證較高的線性度，功放管必須采取功率回退技術(shù)。值得一提的是，為了達到一定的線性指標，功放設(shè)計人員能夠根據(jù)廠商提供的線性度測試曲線，確定末級功率晶體管，但是推動級功放管對整個功放線性度的影響往往容易被忽略。我們以線性度指標IM3（三階教調(diào)）為例來說明這個問題，推動級的IM3如果優(yōu)于末級10dB， dB，在大部分情況下，這種程度的惡化是可以容忍的。這對同一系列的功放管來說相當于推動級比末級多回退了約5 dB左右（不同廠商、不同系列的功放管在同樣的功率回退情況下，IM3有較大的差異）。所以，為了最大程度地發(fā)揮末級功放的線性指標，我們建議在AB或B類線性大功率功放中，推動級功放比末級功放多回退5~7 dB。另外，對于功放前級的小功率放大，建議采用A類或AB類功率模塊，一則增益高、使用方便，二則能保證在小功率輸出時具有很高的線性度。最后，我們還應(yīng)注意到，功率回退雖然能提高線性度，但卻使功放的效率隨回退數(shù)的增加而降低，所以在選材時，不能一味地追求線性而忽略了效率，應(yīng)在二者之間取折中。 工作頻率目前，針對基站線性功放設(shè)計的LDMOS或AsGa功率晶體管幾乎都只能用在某一特定頻率下（針對某一特定頻率段設(shè)計的），所以根據(jù)工作頻率選功放管是十分容易的事，但對于一般用途的功放管來說，往往只能在其參數(shù)手冊中查到特征頻率Ft，為了保證功放管的增益，建議工作頻率Fo。 工作電壓對于移動通訊基站或其它一些場合專用的功放管，生產(chǎn)廠家會給出推薦的工作電壓和工作電壓的極限值，但有許多通用的功放管，生產(chǎn)廠家沒有特指其工作電壓，應(yīng)該掌握一個原則：工作電壓一般不要超過VCEO（共發(fā)射極放大）或BVDSS（共源極放大）的三分之二。因為在功率放大時，工作電壓加上集電極或漏極的被放大高頻信號的有效值若超過VCEO或BVDSS就會使功放管擊穿，尤其是在功放負載情況發(fā)生變化時，集電極或漏極的高頻信號電壓將會有較大的起伏，所以工作電壓留有一定的余量是十分必要的。 匹配電容的選型任何用于功率放大器的匹配電容都會有高頻損耗，高頻損耗會引起電容發(fā)熱，過度發(fā)熱會引起電容參數(shù)較大的變化甚至損壞，特別是在大功率功放中這個問題尤為突出。另外，匹配電容還會承受較高的高頻電壓，如果匹配電容的耐壓偏低會使電容擊穿。這里必須強調(diào)的是，在大功率功放中，匹配電容的損壞會引起功放失配從而導(dǎo)致功放的性能指標惡化、自激甚至損壞。由此可見，選擇合適的匹配電容是功放設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)，下面我們從高頻損耗和耐壓兩方面來分析怎樣選擇匹配電容。 高頻損耗為了降低大功率功放中使用的匹配電容的高頻損耗，許多公司專門為此研制生產(chǎn)了高Q值微波電容，這種電容具有Q值高、ESR（等效串聯(lián)電阻）低的特點，大大降低了電容的高頻損耗。像美國的ATC、法國的TEKELEC TEMEX、日本的SOSHIN等許多公司都生產(chǎn)微波大功率功放專用的系列高Q值電容