（电磁场与微波技术专业论文）射频预失真器研究.pdf

摘要 由于各种通信系统的迅猛发展，使得其对功放线性的要求越来越高。本文从 系统对功放线性的要求出发，先讨论功放线性化技术的必要性，再简要回顾国内 外该技术的发展状况，然后对几种主要的预失真技术进行了简要的介绍。最后对 预失真技术做深入探讨。 在第二章，分析了r f 放大器的非线性特性。重点分析了a m a m 失真和 a m p m 失真，以及他们对三阶交调的影响。 第三章主要介绍了g a a sf e t 的结构，工作原理和参数特性，并介绍了用 m g f l 4 0 2 b 场效应管设计k u 波段放大器的过程及其仿真和试验结果。 第四章介绍了预失真技术，在分析平衡预失真器原理的基础上，提出了一种 结构更简单的预失真系统，并根据主功放的指标要求进行了设计，仿真和实验。 关键词：线性化功率放大器预失真技术 a b s t r a c t a st h ed e v e l o p m e n to fa l lk i i l d so fc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ，r e q u i r e m e n ta b o u t 1 i n e a r i t yo fp o w e r 啪p l i f i c ro ni tb e c o m e sam o r ea n dm o r es e r i o u sp r o b l e m t h i sp a p e r b e g i l l s 埘t l lt l l ei m p o n a n c eo fl i n c 谢z c dp o w e r 锄p l i f i e la n dt 1 1 e ni n 打o d u c e st 1 1 e d e v e l o p m e n to fl i l l e a r i z a t i o nt e c h n i q u e sh o m ea n db r o a d ，a f t e r “，s o m ec o m m o n l i n e a r i z a t i o nt e c l l l l i q u e s ，s u c ha sf e e d b a c k ，f e e d - f o n v a r da i l dd i g i t a lp r e - d i s t o m o nh a v e a l s ob e e ni n t r o d u c e d a tl a s t 也et e c h n o l o g yo f p r e - d i s t o n i o ni sd e e p l yd i s c u s s e d i nt l l es e c o n dc h a p t e r ，t h en o n l i n e a rc h a r a c t e r i s t i co fp o w e ra m p l 湎e ri s 锄l y s e d ， e s p e c i a l l yo na m a m a n da m p mc o n v e r s i o na 1 1 d 廿l e i ri i l f l u e n c eo nt h et 圭1 i r d o r d e r j m e r - m o d u l a t i o n ( i m 3 ) t h et l l i r dc h a p t e rt a u ( sa b o u t 也ec o 武g u r a t i o na i l dc 量l a r a c t e r i s t i co fg a a sf e ta n d m ep r i n c i p l et l l a th o wi tw o r k s ，w h e r e a 脏rt l l ea u 也o ri n t r o d u c e s 廿l ed e s i g nc o t l r s eo fa k ub a l l dg a a sf e tp 0 w e r 锄p l i f i e ll a s t l ys i m u l a t i o nr e s l l l t s 趾dt e s t s u l 乜a r e s h o 、 r e d f i n a n yt h i sp a p e ri n l d u c e st e c h n i q u eo f b a n l a n c e dp r e d i s t o r t i o n b 船e do nm e a i l a l y z a t i o no fi t sb 鹪i ct h e o r ya n dar e a lt a 唱e t ，“sp 印e rp r e s e n t san e wk h l do f b a l a n c e dc i r c u i tt h a ti m p l e m e n t s 也ed i s t o r t i o nf h i l c t i o n t h er e s u l t sa r ed i s c o v e r e da f t e r s i m u i a t i o na n do p t i m i z a t i o n i i lt l l ee x p e r i m e n t ，m ea u 也0 rg o tc l o s er e s l l l t st om e s i m u l a t i o no n e s k e y w o r d ： l i n 姐r i z a t i o n p a w e ra m p 拄6 e rp n d i s t o r t i o n y8 5 8 8 8 l 创新性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容外，论文中 不包含其他入已经发表或者撰写过的研究成果：也不包含为获得西安电子科技大 学或者其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一起工作过的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确地说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切责任。 j 本人签名； 兰甄蓝 日期： 皇! ! ! ! ! ：f2 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。本人保证 毕业离校以后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大 学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校有权公布论文 的全部或者部分内容，可以允许影印、缩印或者其他复制手段保留全文。( 保留的 论文在解密后遵守此规定。) 本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。 本人签名 导师签名 日期 日期 i o o 。f 1 a 垒2 ：! ：! ! 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题研究的目的和意义 近年来无线通信事业的迅猛发展，不仅改变人们的通信方式也改变着人们的 生活。从全球范围来看，无线通信用户的年增长量都维持大幅度的增长，无线通信已 经进入规模化发展的阶段。 无线通信系统的目的是用最小的功率来保持每个信道的有效链接，但是随着无 限用户的飞速发展和宽带通信业务的发展，通信频段变得越来越拥挤，在频谱效率 和功率效率这两个重要指标之间更区域选择频谱效率。为了在有限的频谱范围内 容纳更多的通信信道，要求采用频谱利用率更高的传输技术，因此线性调制技术如 q a m ( q u a d r a t l l r ea m p l i t u d em o d l d a t i o n ) ，q p s k ( q u a d r a t i l r ep h a s es h i 代k e y i 嘲等现 代无线通信系统中被广泛采用。 所有的无线通信系统都要求对相邻频段的用户产生最小的干扰，也就是必须在 所规定的频段范围内传送信号但是通信系统中的非线性器件比对会使发送信号产 生非线性失真，从而对邻道信号产生不同程度的干扰，对于一个高功率的射频发射 机而言，这些信号虽然比要输出的信号小根多，但是它的绝对值还是很大的，会对系 统产生干扰，因此必须加以控制。 射频功率放大器是发射机系统中非线性最强的器件，特别是为了提高工作效率， 射频功率放大器基本工作在非线性状态，因此线性功率器设计技术已经成为线性发 射机系统的关键技术。 目前，无论是在无线通信还是有线信领域，功率放大器的线性化技术已经成为 一个广泛而活跃的研究领域除了线性化调制技术的广泛采用等原因以外，以下一 些原因也促进该技术得到广泛研究并且迅速发展： 1 处于对通信系统功率效率的要隶，不能采用简单的功率回退技术来解决功放 线性化闯题。所谓功率回退，就是采用大功率放大器，然后通过功率会推是指工 作在先行放大区。如果采用该技术，一方露电源利用率仅为1 到5 ，会产生导 致终端自主时阆过短，基站热管理一系列问题。另一方面大功率器件只能输出很 小的功率，起本身潜力不能充分发挥，也造成整机制造成本的提高。 2 多载波调制技术得主建材用也要求线性化功率放大器。以o f d m ( 0 惜l o 咖a l f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 为代表的多载波调制技术具有高传输速率，不需 均衡等明显优点，已经为许多标准如8 0 2 1 l ，h d t v ( h i 曲d e f i n i t i o n t e l e v i s i o n ) ，4 g 等所采用。由于o f d m 信号具有很高的峰值，平均功率比，功率放大器的非线性将影 响到整个系统的性能。 射频预失真器研究 3 多载波系统要求线性化的功率放大器系统。多载波放大器系统广泛应用于无 线通信的基站系统中，由于多径传播和远近效应的存在，基站系统对邻道干扰的 要求非常严格，这就要求采用高线性度的发射机系统，减少交调分量对相邻道的 干扰。 4 自适应天线系统的需要。发射机非线性引起的邻道干扰会影响相邻蜂窝甚至 相邻波束的用户，非线性教条产物会导致波束带宽，旁瓣抑制，零位深度等一系 列天线性能指标变差。 5 动态信道分配的要求。动态信道分配技术要求发射机能工作于任何一个信 道，最终要求采用宽带线性化功率放大器。 6 一些新兴无限通信技术的需要。以软件无线电为代表的新兴无线通信技术， 从本质上要求线性，宽频的发射机技术，因此需要高线性度的射频功率放大器。 1 2 国际国内发展状况 1 2 1 射频功放线性化技术国内外研究状况 功率放大器线性化技术可以追溯到上个世纪二十年代。1 9 2 8 年在贝尔实验室 的美国人h a r o l d s b l k 发明了前馈和反馈技术并且运用到放大器设计中，有效地 减少了放大器的失真，可以认为是线性化技术的开端。但是那时主要从器件本身 的角度来提高功率放大器的线性度，所研究的功率放大器频率也比较低。 随着无线通信的飞速发展，瓢上世纪七八十年代射频功率放大器的线性化技 术得到飞速发展，主要呈现一下的特点： 1 一些新的功放线性化技术，如基于查表的自适应几代预失真技术，自适应前 馈线性化技术，e e r 正n v e l o 辨e l i m i n a t i o n 锄dr 豁t o r a t i o n ) 技术，l i n c ( l i n e a r 锄p l i f i c a t i o nu s i n gn o i l l i n e a rc o m p i 。n e n t s ) 技术，c a 【工u m ( c o m b i n e da n a l o g m l o c k e dl 0 0 pu n i v e 侣a lm o d m a r ) 技术等得到广泛的研究和发展。 2 研究人员从器件设计人员扩展到系统设计人员，许多学者试图从系统的角度 解决射频功放的非线性问题。实际上有些线性化技术完全避免了功率放大器本身 的非线性特性，有些技术能对整个发射机系统进行线性化。 目前国际上，无论是学术界还是工业界，对射频线性化技术都非常重视。近 年来，i e e e 每年的相关论文都以百分之十几的速度增长。相比之下，国内还没有 对该技术引起足够的重视，只有东南大学，华中科技大学和少数研究所开展了相 关研究工作。绝大部分的研究还没有成熟的产品出现，专利的申请更不容乐观， 因此非常有必要开展这方面的研究工作。 第一章绪论 1 2 2 基于预失真技术的线性化系统研究进展 预失真技术是一种广泛使用的射频功放线性化技术，图1 就是一个典型的开 环预失真系统。根据预失真器在发射机的位置，可以分为射频预失真技术，中频 预失真技术和基带预失真技术和数字预失真技术。根据预失真技术的形式，可以 分为模拟预失真技术和数字预失真技术。本论文的主要研究内容是模拟射频预失 真系统。 图1 1 预失真功放示意图 1 2 2 1 模拟预失真技术的研究状况和发展 模拟预失真技术起源于上世纪中叶对晶体管非线性特性研究的开展。1 9 5 9 年 m a c d 叩a l d 提出了用相反特性的非线性特性来补偿三极管本身的非线性方 法l ”，这就包含了模拟预失真的技术恩想。1 9 6 8 年l o t s c h 提出了分析= - 极管非线 性的理论1 2 l ，1 9 6 7 年，n a r r a y 粕a i l 提出了用v o l t e m 级数研究晶体管非线性特性， 并且研究了串联晶体管的交调扰动问题i ”。 模拟预失真技术早期主要运用于行波管功率放大器中，行波管功率放大器是 一种典型的三阶非线性器件，采用三阶模拟预失真器可以取得很好的线性化效果。 1 9 7 9 年日本人s a t o h 就把模拟预失真器应用于行波管功放中并且取得了不错的效 果，b r e m e n s o n 等人研究了卫星通信系统中预失真行波管放大系统例，n a m i k i y 等研究q a m 调制下模拟预失真技术对行不管放大系统性能的提高【6 】，k a t z 研究 了可自动适应环境变化的二极管模拟预失真器【”。 三阶模拟预失真技术在行波管功率放大器系统中成功运用后，就迅速推广到 固态功率放大器系统中。1 9 8 4 年曰本人n o j i l n a 用二极管搭成了一个三阶模拟预失 真系统i ”，并且成功的应用到8 0 0 m h z 移动电话系统i ”。n o 桥m a 还研究了2 5 6 q a m 调制方式下模拟预失真技术对系统性能的影响。在6 g h z 载波5 0 0 m h z 带宽情况 下可以压缩三阶交调分量6 d b ，2 5 m h z 带宽时候可以抑制2 0 d b 。k 啪甜把三阶 模拟预失真器运用到1 2 w ，3 8 4 2 g h z 固态功率放大器中，并且可以通过改变扁 置电压来改变预失真器的非线性特性4 ”。n a l l f l i c i n i 研究了带温度补偿的固态功 放预失真系统【”】，c z e c h 研究了模拟预失真技术4 g h z 场效应管性能的影响“l 。 这些预失真技术主要运用于有线电视和卫星通信中。 1 9 世纪8 0 年代后，模拟预失真技术进入快速发展时期，这时主要运用对象 是移动通信系统。在自适应技术方面，s 协p l e t o n 提出了通过带外功率采样来控制 射频预失真器研究 预失真器的自适应技术，该技术可以用在模拟和数字预失真系统中【1 5 。“，韩国的 y i 研究了一种应用于c d m a 基站的中频模拟预失真系统，b e n e d e 如等人研究了 三阶模拟预失真器对0 f d m 系统的影响7 l 。r a h k o n e n 研制了一种五阶模拟预失 真器的芯片，该芯片可以运用于a 类，b 类，a b 类功率放大器。交调扰动可以压 缩2 0 3 0 d b | l b 】。 2 0 0 4 年。c h a n - w 抽gp a r k 提出了一种平衡结构宽带l d m 0 s 线性化器，用于 3 g h z 高功率放大器，当输出功率4 4 d b m 时，a c p r 改善了6 5 d b ，放大器的效率 提高了8 i l ”。 1 2 2 2 数字预失真技术的研究状况和进展 数字预失真技术实质在数字领域那完成信号预失真的处理技术，一般有两种 实现方式，基于非线性射频功放的参数模型实现和摹于查找表方式实现。射频功 放的参数模型有许多种，如多项式模型，v c d t e 啪级数模型等。多项式预失真系统 是三阶预失真系统的推广，在模拟多项式预失真器出现后，就出现了用数字技术 实现多项式预失真系统，并且逐步发展完善。v o l t e l 强级数是描述非线性系统的通 用模型，因此基于v o l t e n 毽模型的数字额失真系统也是研究的热点。 1 9 8 8 年b 越e m a l l 等提出利用查找表和曲线拟合的方法来实现信号的预失 真【”】，这可以认为是套找表预失真技术的起源。1 9 8 9 年n a g a t a 提出了映射预失真 技术【2 l 】，该机数采用两张二维预失真表来实现预失英功能，但系统收敛较慢。 m a l l s e l l 提出了一种实用的查找表预失真系统，但是该技术需要作差值计算，运算 负担较重。 1 9 9 0 年f a u l k n e r 提出了用两张一维预失真袭实现预失真功能的技术i ， f a u l k n e r 的研究表明该技术可以压缩3 0 d b 的交调失真，但是实际实验系统带宽很 低。因为这种预失真技术同相位相关，一次对正教调制瓣解调器的误差十分敏感。 目前，查表预失真系统已经成为预失真系统韵一个重要分枝。 第一章绪论 1 3 几种预失真技术的基本原理 1 3 1 反馈法工作原理 劂髓盱 。 图1 2 反馈原理图 1 9 2 8 年在贝尔实验室的美国人h a r o l d s 8 l a c k 发明了反馈技术并且运用到放 大器设计中，这种反馈的电路形式在后来的电路设计中成为一种非常基础实用的 电路。 反馈包括正反馈和负反馈，对于放大器来讲正反馈有可能引起振荡，所以， 在功放的设计过程中，反馈一般就指的是负反馈。如图1 2 所示，假设源和负载端 都是理想的匹配电路对开环增益a 没有任何的影响，则开环增益a 为： 一：生 对于闭环的结构，反馈电压y ，为： = 卢- ， 这样输入就变成： = 以一0 = k p k 。 整个反馈系统的传输函数就变成： 爿，：鳖：l 。 tl + 彳芦 ( 1 1 ) ( 1 2 ) ( 1 3 ) ( 1 4 ) 只要保证反馈回来的量和输入信号相减就可以保证整个反馈结构的增益是正 值。否则会引起振荡。 通常，一声 1 ，所以： 爿，= 去 c _ _ s ， 6 射频预失真器研究 这说明，反馈型放大器的增益几乎独立于开环增益，及独立于放大器本身的增益， 而仅由反馈网络来决定，而反馈网络又通常是一个比较精确的工作于线性状态下 的无源器件，从而避开了功放本身的非线性。而反馈型功放的线性也是以牺牲其 增益得到的。( 总增益减少到原来的l ( 1 + a 卢) ) 由于反馈法存在稳定性问题，且线性改善度有限，现在已经基本不用。但是 还有些反馈和别的技术的组合应用方法的出现。 l 3 2 前馈线性化技术 前馈法的基本原理是用两个环路分别对消掉载波信号和失真信号来实现线性 化。由于在第一个环路中提取出来的失真成分都是需要线性化的放大器自身的产 物，所以用这些产物来和放大器静输出端的失真成分对消，效果非常良好。 早在2 0 世纪2 0 年代，贝尔实验室的h s b l k 就提出了减小放大器失真的两 种方法：前馈和负反馈。在1 9 6 0 年，贝尔实验室豹& i d e l 和他的同事发现负反馈 会造成放大器固有的群延迟，它受条件稳定和抑制互调失真有限等限制，他们才 开始研究前馈在放大器中的用途。前馈有许多潜在的优点，如：( 1 ) 可以大大的 改善功放的线性度：( 2 ) 在工作频带的带宽内，它不损失器件的增益带宽；( 3 ) 第二个辅助放大器仅处理误差信号，因此，它是低功率和低噪声的放大器，使系 统的总噪声性能得到改善；( 4 ) 它是无条件稳定的电路。但由于前馈法电路的复 杂性，当时前馈技术并未有太广泛的应用。近年来随着移动通信事业的发展，以 及对器件线性程度的要求的不断提高，前馈技术在国外已经广泛应用，关于前馈 控制算法的研究也成了研究的热点。但是，在国内还没有较成熟的产品出现，高 校也多停留在理论及仿真的阶段。 前馈法的优点是线性改善度高，但是这也是以牺牲效率为代价的，由于其在 第二个环插入了误差放大器，所以其效率一般都低于模拟预失真法。同时该方法 存在一定的局限性例如，在工作环境变化时( 温度、时间、工作频率及电源电压 值发生改变) ，电路的参数变化不可能严格地保持一致，从而造成放大线性的恶化， 因此其稳定性不好同时在末级大功率合成器处构成窝适应环路具有一定的技术 难度，所以一般在功率合成级不便采用自适应技术此外，该方法效率低而且设备 很复杂但电路复杂，为了在工作环境变化( 如温度及电源电压的变化) 时，保 证工作稳定性，需要增加较大的成本。同时前馈法一般都运用于相对较低的频段。 前馈法可由图1 1 3 简单说明之。信号经过功分器分成两路，一路经主放大器到 耦合器再经过矢量调制器到达载波对消处，由于主放大的非线性导致这里不但有 主频信号还有交调产物；另一路经延迟线l 到达载波对消处；这两路信号在载波 对消处对消掉载波。剩余的交调产物经过误差放大器到达失真对消处，前面经过 第一章绪论 耦合器的信号除了参与信号对消的部分外还有一部分通过延迟线2 到达失真对消 处，这两路信号在失真对消处对消掉各种失真产物，最终仅输出主载频信号。图 1 3 所示，口为插损量、c 为耦合量、g 为各放大器增益。环路的平衡是对消的保 证。对于第一个环有 口3 ，j 口4 = c3 - g m c l ，3 c4( 1 6 ) 代入输入输出关系 吒w = c 3 g ，口l ，2 。a 2 。+ c 2 g 。- ( 口3 - ，l - c 4 一c 3 g 。c 】- 屯c 4 ) ( 1 7 ) 可得总增益为 g 。昔2 业等学 c - 吲 可见，前馈功放的增益仅是一些无源器件的函数，与主放大器无关。 同样，对于第二个环路，当其平衡时有： 口l 。，2 口2 = c 1 ，3 - c 4 g 。，c 2( 1 9 ) 2 = j _ 乞l ( 1 一l o ) q 屯c i 。0 2 带入输入输出关系式( 1 7 ) ，同样得总增益为( 1 8 ) 式 g 一2 等2 垡警 c t ， 可见，当两个环路都达到平衡的时候，总增益是独立于任何非线性量的，即主放 大与辅放大的失真成分均未体现在输出端。 如果以d b 表示，则( 1 一1 1 ) 式变为 g = 爿1 + 一2 + 爿3 + 一4 + 上l + 工2 一cl c4 一三，( 1 一1 2 ) 对于固定的耦合器和延迟线，前馈的增益可以通过改变矢量调制器l 3 的衰减 量来调整。增加衰减值会提高整个前馈的增益：但同时必须提高主放大的增益， 以确保整个前馈的输出功率。 射频预失真器研究 图l 3 前馈法原理图 1 3 3 基带预失真 一_ 一一一一一一一i ，正 令 倒，磁辛讣每 交 调 f 制 器 一预赫衰 f 正 叫误差黻脚j 交 解 调 1 罂 图1 4 基带预失真原理图 图1 4 中已调射频信号均以其基带复包络的形式表示，虚线框内的信号变换过 程全部在数字域内由数字信号处理器软件完成输入端的信号经过a d 变换后得 到数字域中的等价信号，记为r ，对其进行预失真d s p 信号处理之后，得到数 字域中的预失真信号，记为屹r ，在经过d a 变换后输出预失真信号，此预失真 信号通过线性调制器伍交调制器，调制到载频上并进行功率放大，功放的输出 信号记为r ，吒f j 送往天线输出，其中的一小部分输出功率通过耦台器 送往线性解调器，解调器经过a d 变换后得到的反馈信号记为矿，rf ，此信号用 于提供给误差比较模块和自适应算法模块作为参考信号，从而决定正确的预失真 特性预失真特性由预失真表( l u t ) 决定f 2 9 1 第一章绪论 9 基带预失真线性化技术不涉及难度大的射频信号处理，只在低频部分对基带 信号进行处理，因此该方法便于采用现代的数字信号处理技术。 1 3 4 综合比较几种技术 从带宽，线性提高程度，效率，复杂成都综合分析几种预失真技术，分析表 格如表1 1 ： 线性化技术带宽线性提高程度效率复杂程度 功率回退 宽 好低低 r f 直接反馈 窑 弱低一般 前馈( 有调节网络)宽一般低一般 前馈( 无调节网络)宽 高 高高 基带预失真一般低高 高 非线性发生器 宽 低高 一般 增益和相位补偿 宽 低 离一般 表1 1 几种预失真技术的对比分析 第二章微波功率放大器的非线性特性 在通信系统中，除了存在系统的噪声和有限带宽以外，当线性网络转移函数 h ( ) = i h ( - ，) l e x p 【j 妒( ) 】的振幅h ( ，) 和相角庐( ，国) 与频率有关时，还会出现 信号失真。这种失真通常称为“线性失真”或“传输偏移”。例如，假定输出信号 y ( t ) 是一延迟的输入信号x ( t ) 按比例改变的模型，则出现无失真传输，即有 y ( t 产k x ( f 一“) ( 2 - 1 ) 这意味着，系统的转移函数h ( 细) 应为 h ( - ，) 2 k e x p - ，甜o ( 2 - 2 ) 换句话说，任何偏离等振幅k 和负的线性相移，科。都要引起频率有关的 振幅和相位失真。除了这种失真以外，如果系统有非线性元件，还可能出现其它 失真。在这种情况下，不能够将系统用一个简单的转移函数作为线性情祝来描述， 代替输出的经常是表示成输入的非线性函数，即y ( t 声t x ( t ) 1 ，如图2 1 所示。由 这种偏差引起的信号失真常称为“非线性失真”。 ! ! 塾塑塑壅塞墨堕塾 一一 图2 ，l 信号的非线性失真 2 1a m a m 非线性失真 功率放大器最基本的非线性描述方法之是它的振幅失真，结果导致其非线 性转移特性。如果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。可以 用输入电压的级数表示为 = k 1 + 足2 吃+ 足3 职+ ( 2 3 ) 注意对于线性功放，所有的k 都为零( i = 2 ，3 ，4 ) ，并且上式中l ，0 的表达 式忽略了功放的相位特性，此相位特性导致输出相对于任意输入信号的相位变 化。这样的描述方法将在以后讨论。 输出电压 ( 幅度) 、 影 一 一， ， 输入电压( 幅度) 图2 2 a m - a m 非线性失真 第二章微波功率放大器的菲线性特性 2 1 1 单频率输入试验法 研究具有适度非线性的功放，则屹。可以用( 2 3 ) 式的前三项表示，即 令= a c o s q f则可以表示成 w2k i 爿c o s ( q f ) + k 2 2c o s 2 ( q ，) + k 3 爿3c o s 3 ( q f ) 2 三墨n ( 足。4 + 三蚝c o s ( 酬+ 圭k ： 。s ( 2 州 + 言x 3 3c 。s ( 3 q r ) ( 2 4 ) 由式( 2 4 ) 可见，输出信号由所加的基频分量、直流寄生信号、二次谐 波频率2 q 和三次谐波频率分量3 q 组成。由式( 2 4 ) 我们注意到。的基波分量 振幅为彳 】+ 詈( 鲁一2 ) ，如果e o ，则输出的基波分量大于系统为线性时 的增益，如果k ， 那部分沟道中渡越时间。 当短栅时近似地把从源端到漏端的渡越时间作为，通常为几纳秒；w ，为跨导 的截止频率一，5 去，通常高达几十千兆赫至l j 几酐兆赫。在常用 的2 0 g h z 以下的频率范围内，w 0 ，所以此放大器是绝对稳定的。 区面西习匿蠡i ；鲎麴! l也b m v 口v 却暑- 30 7 7 l 坦! 璺s ! ! ! 1 2 ：! 旦：! ! 曼l ： 譬l f十f 1l | l ， ： 】 j 图3 1 4 双音信号的输出仿真 输入间隔1 0 m h z 的双音信号，可以定性的看出，当此f e t 的工作点选取在 非线性区时( 屹 l 伏，= - o 6 伏) ，放大器产生的三阶交调分量很大。 制作出的放大器如下图3 1 5 第三章o a a s 场效应晶体管放大器 图3 1 5 实际放大器 在此放大器所给偏置电压使放大器的直流工作点在线性区和非线性区时，采 用惠普8 7 5 7 c 标量网络分析仪，测量出增益随输入功率的变化曲线为图3 1 6 ： 1 0 尊 一0 辎 磐 o 一- 一工柞点在找性区f 一一工作点在非线性园 一 一 j i l 、 - - _ l l l 图3 1 6 增益随输入功率的变化曲线 由图3