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一种采用混频技术的预失真线性化方法作者：同济大学电子与信息工程学院 封丽梅 贾建华摘 要：研究了一种新的预失真技术，该技术从射频输入信号中检测出低频偶次项，再将其与射频输入信号混频产生IMD3和IMD5，并且对IMD3和IMD5实现了分别控制。将该线性化技术应用于CDMA直放站5W射频功率放大器，可使输出信号的三阶和五阶互调失真分别改善17dBc和15dBc。关键词：预失真；IMD3；IMD5；双平衡混频器；射频功率放大器一、 引言近年来，随着对数据率和频谱效率要求的提高，无线通信领域广泛采用频谱利用率较高的线性调制技术如QPSK、64QAM等调制方式。这些调制方式要求射频系统具有很好的线性特性，否则将会出现互调失真，导致频谱再生。功率放大器是射频系统的关键部件，也是产生非线性的主要部件，因此改善功放的非线性具有重大意义。功放线性化方法主要有三种：前馈、负反馈和预失真方法。在众多射频功率放大器线性化技术中模拟预失真方法成本较低。其优点不仅在于它的电路结构简单，而且功耗相对于前馈技术而言低很多。另外，由于模拟预失真方法采用的是开环控制方法，所以它的放大器频带宽度要比反馈方法宽。通常，为了提高功率放大器的工作效率，其功率管均工作在甲乙类状态。这时，放大器输出信号不仅包含三阶互调失真，而且还存在更高阶的互调失真成分。因此如何分别抵消三阶和五阶互调失真成分显得尤为重要。- 由于低频偶次IM产物被基频信号调制时能够产生带内奇次IM产物，所以本文通过基频信号分别调制低频二阶项（2-1）和四阶项(22-1)产生IM3和IM5,从而分别控制三阶和五阶互调失真成分。二、 设计方案及理论分析本文采用的预失真电路如图1所示，射频输入信号经功分器分为两路，一路为主通路，另一路经包络检波电路提取出(1/2)(2-1)，经乘法器倍频后产生二次项2-1，二次项再倍频产生四次项22-21，然后二次项和四次项分别经双平衡二极管混频器与射频输入信号混频产生IM3和IM5。IM3和IM5的幅度和相位可以分别由各自支路上的衰减器和相移器调节，从而达到分别控制IM3和IM5的目的。-理论分析如下：设射频双音输入信号为x(t)=Acos(1t)+Acos(2t)，化简为x(t)=Acos(t/2)cos(ct)，其中 2-1，c1/2(2+1)。设包络检波电路的非线性系数为Gd，可变增益放大器对二次项的放大系数为Am2，对四次项的放大系数为Am4，则产生的二次项和四次项分别为 S2-1GdAm2cos(2-1)t，S22-21GdAm4cos(22-21)t。设混频器的混频系数为Gm，则S2-1、S22-21与双音输入信号x(t)经双平衡混频器后得到的输出信号有y1=(1/2)A GdAm2Gmcos (1t)，y2=(1/2)A GdAm2Gmcos(2t)，y22-1（1/2）(A GdAm2Gm+A GdAm4Gm)cos(22-1)t，y21-2(1/2)(A GdAm2Gm+A GdAm4Gm)cos(21-2)t，y32-21(1/2)A GdAm4Gmcos(32-21)t，y31-22(1/2)A GdAm4Gmcos(31-22)t。从以上式子可以看出，通过调节可变增益放大器（增益可正可负）和相移器，可以分别控制三阶和五阶互调失真。另外由于A、Gd、Gm都是常数，所以y1、 y2是Am2的函数，即调节IM3的幅值时将对主功率信号的幅值产生影响，因此在主通路中加入一个线性放大器，用来弥补预失真支路造成的主功率信号的衰减。三、 仿真实验我们采用LDMOS晶体管MRF9045作为功率放大器最后一级的输出级，EIC 100放大模块作为放大器的驱动级，EIC 008放大器作为增益级，预失真发生器接在驱动级和增益级之前。当输出功率为37.5dBm（双音）时，使用该预失真方法比未使用时IMD3和IMD5分别改善了17dB和15dB,利用ADS软件的仿真结果如图2、3所示。四、 结论本文通过采用低频偶次IM产物与基频信号混频产生带内奇次互调失真信号，达到分别控制IMD3和IMD5的目的。该预失真技术可靠性好，应用于CDMA 5W射频功率放大器的设计之中，有效的改善了线性功放的结构和性能，并使功放的三阶和五阶交调失真分别降低了15dBc和17dBc。今后，还准备将该技术应用于大功率多载波射频功率放大器的设计之中。参考文献1 吴道富，贾建华，刘振宇. 前馈自适应线性功率放大器研究J同济大学学报（自然科学版）2002（6）715-7182 J.Yi, Y.Yang, M.Park, W.Kang, and B.Kim. “Analog predistortion linearizer for high power RF amplifier,” in IEEE MTT-S int.Microwave Symp.Dig.,vol.3, Boston, MA, June 2000, pp.1511-15143 S.Kang, I.Lee, and K.Yoo. “Analysis and design of feedforward power amplifier,” in IEEE MTT-S Int.Microwave Symp. Dig., 1997, pp.1519-15224 K.Yamauchi, K.Mori, M.Nakayama, Y.Itoh, Y.Mitsui, and O.Ishida.