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射频功率放大器线性化技术发展现状的研究

1.引言

1.1论文背景

在现代无线通信系统之中，射频前端部件对于系统的影响起

到了至关重要的作用。随着科技的进步，射频前端元件如低噪声

放大器（LNA）、混频器（Mixer）、功率放大器（PA）等都已经

集成到一块收发器之中，但其中对性能影响最大是功率放大器。

功率放大器是一种将电源所提供的能量提供给交流信号的器件，

使得无线信号可以有效地发射出去。根据功率放大器的分析模型

（泰勒级数模型），可知到当输入信号的幅度很小的时候，对于

功率放大器的非线性特性影响较小。但当输入信号的幅度比较大

的时候，就会对功率放大器的非线性度产生很大的影响，所以说

对功率放大器的非线性性能产生影响的关键因素就是输入信号

幅度的增强并且不断地变化。随着无线用户数量人数的不断增

加，有限的通信频段变得越来越拥挤。为了提高频谱的利用效率，

线性化调制技术技术譬如正交幅度调制（QAM）、正交相位键

控（QPSK）、正交频分复用（OFDM）就在现代的无线通信

之中就被广泛的应用，因为这几种技术的频谱利用率更高。但是

这些线性化调制技术都是包络调制信号，这就必然会引入非线性

失真的问题。通信系统中的很多有源器件都是非线性器件，一旦

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包络调制信号通过该系统时，就会产生非线性失真，谐波的频段

很多时候会影响到相邻的信道中的信号，会对系统产生一定程度

的干扰，因此高功率高频率的射频发射系统的输入信号也必须控

制在一定的幅度范围以内。对于那些包络变化的线性化调制技

术就必须采用线性发射系统。然而发射系统中非线性最强的器件

是功率放大器，同时发射系统都要求有尽量高的发射效率，所以

为了效率，射频功放基本都工作在非线性状态，所以如何提高功

率放大器的线性度就显得异常关键。现在整个通信领域，射频功

率放大器的线性化技术已成为一个越来越重要的研究领域。

1.2射频功率放大器线性化技术国内外研究现状

RF功率放大器的线性化技术研究可以追溯到1920年，

1928美国人Harold．S．Black在贝尔实验室工作的发明了负

反馈与前馈技术并应用到放大器设计中，功率放大器的失真得到

了明显的改善。当时的线性化技术都是从器件本身来改善功率放

大器的线性度，并且工作的频率也比较低。在无线通信技术的兴

起与飞速发展的过程中，RF功率放大器的线性化技术得到空前

的发展，主要表达在以下两方面：

1.随着功放线性化技术得到广泛研究与发展，大批线性化技术已

露端倪，其中具有代表性的技术包括自适应前馈线性化技术、

LinearamplificationusingNonlinearComponents技术、

基于查找表的自适应基带预失真技术、EnvelopeElimination

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andRestoration技术、CombinedAnalogueLockedLOOP

UniversalModular(CALLUM)技术，功率回退技术等。

2.研究也从器件的非线性化设计扩展到了整个系统的设计，开始

着手从系统的角度改善射频功放的非线性问题。

3.世界各国的学术界与工业界在该技术的研究上投入了大

量的人力、物力，对射频功放的线性化技术研究都非常重视。相

比之下，我国对该技术投入不够，需要加大研究力度。

2.功率放大器的线性化技术

2.1前馈技术

1928在贝尔实验室工作的Harold.S.Black发明了前馈

技术，成功应用到放大器之中，从而有效地减少了放大器的失真，

这两个技术原理简单，性能优良，可以认为是线性化研究的开端。

前馈系统是开环系统且无条件稳定，相比于反馈线性化技术与预

失真技术，前馈技术应该说它是一种老技术，除了校准是加于输

出之外，在概念上完全是“反馈”，不过是不同的执行方法。前

馈克服了延迟带来的影响。可以说，前馈提供了反馈的优点，又

不受稳定性与带宽的限制。最基本的前馈放大器由两个环路组

成：环路l由功分器、主功率放大器、定向耦合器、衰减器、移

相器、延时线与合成器组