基于双频测试的功率放大器非线性特性研究

1、基于双频测试的功率放大器非线性特性研究基于双频测试的功率放大器非线性特性讨论-endprint-功率放大器工作在非线性区时的传输特性可用非线性传递函数来表示4，并可以用幂级数和来靠近，一般幂级数取的阶数越高，靠近效果就越好。假设功率放大器是无记忆的，则功率放大器的非线性传递函数可表示为式1的幂级数形式。2双频自动测试技术优化2.1双频自动测试技术基本原理双频自动测试系统由信号源、被测设备、功率合成器、频谱分析仪、示波器、计算机以及线缆硬件组成。系统构架原理如图1所示。双频自动测试技术通过特殊的扫频策略，生成覆盖测试频段内全部双频信号的频率组合，然后将其输入到被测设备中，理论上可以激发被测设备的

2、全部非线性响应。产生双频测试信号的扫频方式如图2所示。其中，一台信号源为快速扫描方式，扫描的频率范围为f1minf1max，共进行n次扫描;另一台信号源为慢速扫描方式，扫描的频率范围为f2minf2max，只进行一次扫描，慢扫描信号源每步进一次快扫描信号源在f1minf1max整个频率范围内实现一次扫描5。通常状况下两个信号源的扫描频率范围相同，且在扫频过程中，输入信号功率保持不变。通过这种扫描方式可生成测试频段内全部双频信号组合f1，f2。式中，Uti为截取的门限电平。不同截取阈值电平下可得到二值化的二维双频图。依据式5、式6可知，超外差接收机能够接收到的信号频率条件方程k1f1+k2f2=

3、kgfg+kintfint，式中：k1，k2=0，1，2，表示f1，f2的阶次;fg表示本振频率;fint表示中频频率;kg=0，1，2，表示本振谐波次数，kint=1表示变频类型将在以f1，f2为横纵坐标的坐标图上表现为一组直线，而同样以f1，f2为横纵坐标的二维双频图上包含一系列由于非线性响应而形成的直线。如此，双频图与信号频率条件方程就建立了联系10。对双频图上的直线拟合，得到响应线方程，也就识别出了响应线对应双频信号下非线性响应的类型与阶次。2.2双频测试扫频策略优化依据双频自动测试原理，两路输入信号的频率范围相同，且两频率无主次之分。传统双频自动测试中设置两台信号源在工作频段内分别进

4、行全频段的扫描，这会导致双频测试组合中存在大量的冗余，造成资源浪费和测试周期过长7。因此，由于双频图在理论上是关于对角线对称的，通过合理去除冗余的频率组合，可将总测试频率组合缩减将近12，大大提升双频测试效率。测试流程如图3所示。该优化方法适用的前提条件是产生双频信号的两个信号源的扫频范围相同。使用优化方法，只对双频图对角线一侧及对角线上的双频组合点进行测试，理论上可以使测试时间缩短约优化前测试时间的12，同时不会破坏双频图的结构，也不会对双频测试的数据处理带来影响。3功率放大器非线性特性测量3.1双频非线性测试实例本节选取Amplifierresearch100A250A射频放大器作为测试对

5、象，搭建半实物仿真测试平台，对功率放大器进行双频测试，分析其非线性特性。100A250A射频放大器技术指标如表1所示。对功率放大器进行双频测试，需要留意以下几点：1双频测试扫频范围的设置问题。双频测试过程中，只有当双频信号频率处于功率放大器工作的频段内时对其非线性特性的讨论才有意义;为了利用优化的扫频策略及方便双频图的处理，设置双频信号f1和f2的扫频范围应当相同。2信号源输出幅度的设置问题。测试信号的幅度会影响非线性响应的阶次和数量，肯定范围内，测试信号幅度越高，激发出的非线性响应阶次越高、数量越多，然而过高的输出幅度可能会超出信号源的输出限值，同时也会增加信号源输出的非线性，引入不必要的频

6、率重量。因此，要结合互调动态范围8对信号源输出幅度进行优化选择。3建立功率放大器的频率条件方程问题。功率放大器的輸出为全频段内全部的非线性响应，建立功率放大器的频率条件方程k1f1+k2f2=fc，需要对测试装置频谱分析仪设置固定的测试中心频率，只对该频率进行输出功率的测量。4测试设备的非线性问题。频谱分析仪和示波器等测试仪器自身也含有非线性器件，为防止因信号幅度过大引起的测试仪器非线性响应对测试结果造成影响，需在测试设备前连接衰减器，以降低信号幅度。由表1可知，被测功率放大器的工作频段在10kHz250MHz，因此设置双频测试信号f1，f2的扫频范围为100200MHz，幅度为-33dBm，

7、信号源扫频步进为1MHz，共101101个频率组合，但利用优化后的方法进行扫频，只对对角线一侧及对角线上的点进行测试，使得测试的频率组合缩减将近12。频谱分析仪测试的固定中心频率为150MHz，测试带宽为500kHz。如图4所示为二维双频图。3.2基于双频图的非线性响应识别经过前面章节的分析得知，只有建立频率条件方程与双频图建立联系，才能通过双频图获得被测设备的非线性特性9。在第3.1节中，通过为频谱分析仪设置固定测试中心频率而定义了功率放大器频率条件方程的右侧部分，因此得到功率放大器的频率条件方程：利用建立的频率条件方程对双频图上的响应线进行识别，如图6所示，可得到全部的互调响应类型，如表2所示，由于双频图是对称的，所以只对图像一侧的非线性类型进行识别。由表2可以看出，通过双频测试可得到功率放大器在选定输入频率范围内全部频率组合激发出的全部非线性响应，即获得功率放大器的非线性特性。其中，干扰通道4和干扰通道11是特别重要的一类非线性响应，其输出功率较高，最易对输出产生影响，此类干扰称为三阶互调，是非线性分析中的一项重要指标。依据获得的非线性响应类型和阶次，再结合各响应线的输出功率幅度，为后续进行功率放大器非线性行为级建模的讨论提供了非线性参数支撑10。4结论本文通过去除冗余的扫描频率组合使双频测试的扫描时间缩短接近