线性功放知识简介
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既要保证高功率，又要高线性，高效率，显然在保证有良好的晶 体管和选择合理的工作状态外，还要采用合理的线性化措施。
Comba Telecoห้องสมุดไป่ตู้ Systems
➢2、为什么宽带信号要采用线性功放技术
（3）宽带信号要采用线性化技术的原因
在NCDMA或WCDMA 中，即使是单载波，也需要使用高 线度指标的RF功率放大器；这是因为。CDMA技术是随机包络 的宽带通道，如果采用一般的高功放（通常工作于AB类）进 行信号放大，将由于交调失真的影响产生频谱再生效应，对相 邻的信道产生严重的干扰，为此3GPP规定了频谱辐射屏蔽 （Spectrum emission mask）的要求，而通常所说的高功放是难 以达到这个要求的，虽然采用A类功放可能会达到这个要求， 但是它的效率太低，也难以把信号放大到几十瓦的量级，为此， 在高功放的基础上必须对其进行线性化的处理。把运用了线性 化技术的功放称为线性功放，它可以较好的解决信号的频谱再 生问题。
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➢4、预失真技术原理简介
1、模拟预失真（RF和IF预失真） （二）
图4是一种预失真线性器的结构，信号经3dB电桥后相位相差90°，一路经 具有可调移相器和衰减器的“线性支路”，另外一路经过由两个反相并联 二极管组成的“非线性支路”，然后经3dB电桥耦合器加和输出。经过 “线性支路”的信号随输入信号的增加而增加，经过“非线性支路”的信 号，随输入信号的增加不呈现线性变化，根据微波二极管非线性特性，输 入信号小时，二极管衰减大，输入信号大时，二极管衰减小。这样具有 90°相差的两路信号再输出3dB耦合器合成时，能获得图3c的曲线特征。
图7 前馈功率放大器各频点谱示意
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➢5、前馈技术原理
参考图6，说明前馈功率放大器的工作原理：射频RF信号经过工分器1 加到主路径的节点NA和子路径的节点NA’.在这里所分配的信号具有相同 的大小和相位，如图2（a）所示。在主路径的上的信号经电调衰减器5、 电调移相器6进行信号幅度和相位的调整（控制）后，由主功率放大器2放 大。主功率放大器2输出的信号中包含所放大RF信号之外的互调失真信号， 如图2（b）（图中只给出了三阶和五阶互调，实际上还存在其他形式的交 调分量，互调分量的相对幅度取决于放大器的饱和状态，在中等饱和状态， 通常起支配作用的是最接近基音频率的三阶互调分量IM3）。同时信号经 过延时线4在合路器7上与主径路放大的信号经定向耦合器3耦合所得的信 号进行合路（对消。抵消），在NC得到图2（c）的频谱信号（互调信号、 失真信号）。
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➢5、前馈技术原理
通常，把由工分器1、功率放大器2、定向耦合器3、延时线4、 电调衰减器5、电调移相器6、合路器7构成的环路称为主环。功 率放大器2为主功率放大器，主环的主要作用由以下两个方面： 1）信号放大 2）提取功放2产生的交调失真信号。 把由电调衰减器8、电调移相器9、功率放大器10、延时线11、定 向耦合器12构成的环路称为误差环：功率放大器10称为误差放大 器。误差环的主要作用为： 1）放大交调（失真）信号 2）对消交调（失真）信号 前馈技术能够改善功率放大器线性指标的关键在于IM3信号的剥 离与对消。
ACPR 邻信道泄漏功率抑制比（Adjacent Channel Leakage Power Ratio）
DSP 数字信号处理器（Data Signal Processor）
FPGA 现场可编程门阵列（Field Program Gate Array）
LPA 线性功率放大器（Liner Power Amplifier）
cdma技术是随机包络的宽带通道如果采用一般的高功放通常工作于ab类进行信号放大将由于交调失真的影响产生频谱再生效应对相邻的信道产生严重的干扰为此3gpp规定了频谱辐射屏蔽邻的信道产生严重的干扰为此3gpp规定了频谱辐射屏蔽spectrumemissionmask的要求而通常所说的高功放是难以达到这个要求的虽然采用a类功放可能会达到这个要求但是它的效率太低也难以把信号放大到几十瓦的量级为此在高功放的基础上必须对其进行线性化的处理
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➢6、 800MHz 30W线性功放实现原理和调试方法
1、性能和技术指标（一）
1） 频率范围 869MHz～894MHz 2） 输出功率30W（44.8dBm） 3） 增益53dB±0.5dB @869MHz～894MHz 4） 增益平坦度±0.5 dB @869MHz～894MHz 5） 增益波动2dB @ -25℃～＋75℃
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➢4、预失真技术原理简介
1、模拟预失真（RF和IF预失真）（一） 如图3所示：a是预失真线性器的输入输出曲线示意图；b是微波晶体管放 大器的输入输出曲线示意图。可以看出经过预失真器件的输出信号再经过 放大器进行放大，从而补偿了放大器的非线性特征，使放大器的非线性提 高（如c）。
电调衰减器8、电调移相器9调整（控制）来自信号合路器7的互调失真 信号，使经过功率放大器10放大输出的信号与主功率放大器2放大的互调 失真信号幅度相等，相位相差Nφ（N为奇数），如图2（d）所示。并且 延时线11延迟分路径上误差放大器10放大的信号，以便该延迟信号和主功 放2输出的信号同时到达功率组合器12。功率组合器12组合来自延迟线11 和主功率放大器2输出的信号，即包含图2（b）的放大信号中的互调失真 信号和图2（d）的反相的互调失真信号进行互调对消。由此产生图2（e） 中的最终输出信号
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➢2、为什么宽带信号要采用线性功放技术
(2)传统功率放大器线性化方法及它的局限性
1、负反馈：应用于低频率较窄的频段。 2、补偿技术（back-off）：即降低输入功率Pin，使放大器的工作点远
离饱和区，用降低输出功率的方法减小非线性失真。这种方法简单 也可以保证线性。但是由于放大器的工作电流不变，使得效率降低， 晶体管本身也“大材小用”，没有发挥它的能力。当需要大的输出 功率时，就需要输出功率更大的放大管，这对器件提出了更高的要 求。这些局限性限制了补偿技术的广泛应用。
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➢2、为什么宽带信号要采用线性功放技术
(1)、PA产生的非线性失真（频谱再生效应）
放大器在非线性区域时，输出Pout中包含新的频率分量。如果为单频f1信 号，输出Pout中包含f1以及它的的高次谐波频率成分；如果为两个频率f1及f2 的组合信号，输出中将包含mf1±nf2的频率成分信号，其中m，n分别为0，1， 2…，考虑到放大器负载的频率是有限的，输出的频率成分中一般包含f1，f2 和它们的组合分量2f1-f2、2f2-f1、3f1-2f2、3f2-2f1…., 图2中给出了输入信号和输出信号的频谱，由于放大器输出产生新的分量而导 致的输出信号失真，称为放大器的非线性失真。
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➢术语、定义和缩略语
4、载频抵消：依靠一个定向耦合电路，将耦合通路上的载频信 号（含交调失真信号）与通道上同载频信号在定向耦合电路 上进行模拟抵消载频信号的过程
5、交调抵消：依靠一个定向耦合电路，将主环输出的交调失真 信号放大后耦合在主功率输出的通道上，在定向耦合电路上 模拟抵消交调失真信号的过程
➢5、前馈技术原理
前馈技术为目前功率放大器的主流技术，对其原理简单介绍如下： 前馈型线性功率放大器的原理框图如图1所示，该放大器从其输出中只 提取了互调失真信号并将其与反相的输出信号混合，因而改进了C/I（载 频－互调）比。
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➢5、前馈技术原理
以输入双音（TONE）信号为例，图7给出了前馈功放中各点的频谱示意。
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➢术语、定义和缩略语
CDMA 码分多址（Code Division Mulitiple Access）
LMDS 本地点对多点分布系统（Local Mulitipoint Distribution System）
WLAN 无线局域网（Wireless Local Area Network）
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➢3、功放线性功化技术分类
1、前馈技术 利用主环路和误差环路来改善功率放大器的非线性失真， 即将主环路提取的交调失真信号，在误差环中反相并放大 后和主功率放大器输出的信号进行交调失真抵消，从而改 善功率放大器非线性失真的一种技术
2、预失真技术：是依靠在功率放大器的输入通道中插入 预失真部件，造成输入信号的预先岐变失真，由于预失真 部件的失真特性与功率放大器的非线性失真特性正好相反， 从而消除功率放大器输出信号中的非线性失真产物，实现 功率放大器线性化改善目标的信号处理方案。
线性功放知识简介
生技部内部技术资料 2003年9月
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目录
➢ 1、术语、定义和缩略语
➢ 2、为什么宽带信号要采用线性功放技术（NCDMA、WCDMA)
➢ 3、功放线性功化技术分类（前馈和预失真）
➢ 4、预失真技术原理简介
➢ 5、前馈技术原理
➢ 6、800MHz 30W线性功放实现原理和调试方法
VSWR 电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio）
RF
射频（Radio Frequency）
IF
中频（Intermediate Frequency）
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➢2、为什么宽带信号要采用线性功放技术
(1)、PA产生的非线性失真（频谱再 生效应）
Comba Telecom Systems
➢4、预失真技术原理简介
2、数字预失真（基带预失真－线性功放未来发展的方向）（一）
图5 数字预失真原理框图 Comba Telecom Systems
➢4、预失真技术原理简介
2、数字预失真（基带预失真－线性功放未来发展的方向）（一）
数字预失真是一种放大器线性化方法，能显著提高多载波放大器的 效率。其原理是：非线性失真功能内置于数字、数码基带信号处理域 中，其与放大器展示的失真功能数量相当（“相等”），但功能却相 反。将这两个非线性失真功能相结合，便能够实现高度线性、无失真 的系统。这样就可以在功率放大器（PA）内使用简单的AB类平台，从 而可以消除制造前馈放大器（feed forward amplifier）的负担和复杂性。 此外，由于放大器不再需要误差放大器失真矫正电路，因此可以显著 提高系统效率。
数字预失真系统的基本运行原理上图5所示。目标是数字化生成非 线性，以获得放大器所展示的优异特征。如果对基带非线性进行了正 确建构，那么对连续流经基带非线性层叠（cascade）及放大器的信号 的总体系统响应则为线性增益响应。这就意味着不会再发生失真和光 谱再增长现象，因此可以极大地满足当前需求。
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➢1、术语、定义和缩略语
6、预失真技术：是依靠在功率放大器的输入通道中插入预失真部件，造成输入 信号的预先岐变失真，由于预失真部件的失真特性与功率放大器的非线性失 真特性正好相反，从而消除功率放大器输出信号中的非线性失真产物，实现 功率放大器线性化改善目标的信号处理方案。预失真技术根据预失真器件的 实现方法可以分为模拟预失真和数字预失真。利用模拟器件的非线性行为直 接实现功率放大器输入信号预失真的方法称为模拟预失真，通过数字算法对 基带信号进行处理实现预失真的方法称为数字预失真。
➢ 7、工艺结构及信号流向图
➢ 8、附录
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➢术语、定义和缩略语
1、前馈技术：利用主环路和误差环路来改善功率放大器的非线性失真，即将 主环路提取的交调失真信号，在误差环中反相并放大后和主功率放大器输 出的信号进行交调失真抵消，从而改善功率放大器非线性失真的一种技术
如图1所示：放大器在OA区域时，Pin与Pout成 线性关系，即功率增益Gp基本保持不变。 Pin继续增加， Pout出现滞胀，Gp开始减小， Pout达到最大后开始下降，Gp进一步减小。 通常把增益Gp从Gpmax下降1dB的D点称为 1dB增益压缩点，此点是线性和非线性的分 界点。Pin超过Pin（1dB）后，放大器很快 进入饱和工作区，即非线性区。 Pin（1dB） 越大，放大器线性度越高。
2、主环：将功率放大器输出的信号(含交调失真信号)与输入的信号（不含交调 失真信号）在载频抵消电路中进行载频抵消，其输出只含交调失真信号的 一种闭环电路
3、误差环：将功率放大器输出的信号（含交调失真信号）与只含交调失真的 信号在交调抵消电路中进行交调失真抵消，其输出只含较小失真信号的一 种闭环电路。
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➢2、为什么宽带信号要采用线性功放技术
（3）宽带信号要采用线性化技术的原因
在NCDMA或WCDMA 中，即使是单载波，也需要使用高 线度指标的RF功率放大器；这是因为。CDMA技术是随机包络 的宽带通道，如果采用一般的高功放（通常工作于AB类）进 行信号放大，将由于交调失真的影响产生频谱再生效应，对相 邻的信道产生严重的干扰，为此3GPP规定了频谱辐射屏蔽 （Spectrum emission mask）的要求，而通常所说的高功放是难 以达到这个要求的，虽然采用A类功放可能会达到这个要求， 但是它的效率太低，也难以把信号放大到几十瓦的量级，为此， 在高功放的基础上必须对其进行线性化的处理。把运用了线性 化技术的功放称为线性功放，它可以较好的解决信号的频谱再 生问题。
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➢4、预失真技术原理简介
1、模拟预失真（RF和IF预失真） （二）
图4是一种预失真线性器的结构，信号经3dB电桥后相位相差90°，一路经 具有可调移相器和衰减器的“线性支路”，另外一路经过由两个反相并联 二极管组成的“非线性支路”，然后经3dB电桥耦合器加和输出。经过 “线性支路”的信号随输入信号的增加而增加，经过“非线性支路”的信 号，随输入信号的增加不呈现线性变化，根据微波二极管非线性特性，输 入信号小时，二极管衰减大，输入信号大时，二极管衰减小。这样具有 90°相差的两路信号再输出3dB耦合器合成时，能获得图3c的曲线特征。
图7 前馈功率放大器各频点谱示意
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➢5、前馈技术原理
参考图6，说明前馈功率放大器的工作原理：射频RF信号经过工分器1 加到主路径的节点NA和子路径的节点NA’.在这里所分配的信号具有相同 的大小和相位，如图2（a）所示。在主路径的上的信号经电调衰减器5、 电调移相器6进行信号幅度和相位的调整（控制）后，由主功率放大器2放 大。主功率放大器2输出的信号中包含所放大RF信号之外的互调失真信号， 如图2（b）（图中只给出了三阶和五阶互调，实际上还存在其他形式的交 调分量，互调分量的相对幅度取决于放大器的饱和状态，在中等饱和状态， 通常起支配作用的是最接近基音频率的三阶互调分量IM3）。同时信号经 过延时线4在合路器7上与主径路放大的信号经定向耦合器3耦合所得的信 号进行合路（对消。抵消），在NC得到图2（c）的频谱信号（互调信号、 失真信号）。
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➢5、前馈技术原理
通常，把由工分器1、功率放大器2、定向耦合器3、延时线4、 电调衰减器5、电调移相器6、合路器7构成的环路称为主环。功 率放大器2为主功率放大器，主环的主要作用由以下两个方面： 1）信号放大 2）提取功放2产生的交调失真信号。 把由电调衰减器8、电调移相器9、功率放大器10、延时线11、定 向耦合器12构成的环路称为误差环：功率放大器10称为误差放大 器。误差环的主要作用为： 1）放大交调（失真）信号 2）对消交调（失真）信号 前馈技术能够改善功率放大器线性指标的关键在于IM3信号的剥 离与对消。
ACPR 邻信道泄漏功率抑制比（Adjacent Channel Leakage Power Ratio）
DSP 数字信号处理器（Data Signal Processor）
FPGA 现场可编程门阵列（Field Program Gate Array）
LPA 线性功率放大器（Liner Power Amplifier）
cdma技术是随机包络的宽带通道如果采用一般的高功放通常工作于ab类进行信号放大将由于交调失真的影响产生频谱再生效应对相邻的信道产生严重的干扰为此3gpp规定了频谱辐射屏蔽邻的信道产生严重的干扰为此3gpp规定了频谱辐射屏蔽spectrumemissionmask的要求而通常所说的高功放是难以达到这个要求的虽然采用a类功放可能会达到这个要求但是它的效率太低也难以把信号放大到几十瓦的量级为此在高功放的基础上必须对其进行线性化的处理
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➢6、 800MHz 30W线性功放实现原理和调试方法
1、性能和技术指标（一）
1） 频率范围 869MHz～894MHz 2） 输出功率30W（44.8dBm） 3） 增益53dB±0.5dB @869MHz～894MHz 4） 增益平坦度±0.5 dB @869MHz～894MHz 5） 增益波动2dB @ -25℃～＋75℃
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➢4、预失真技术原理简介
1、模拟预失真（RF和IF预失真）（一） 如图3所示：a是预失真线性器的输入输出曲线示意图；b是微波晶体管放 大器的输入输出曲线示意图。可以看出经过预失真器件的输出信号再经过 放大器进行放大，从而补偿了放大器的非线性特征，使放大器的非线性提 高（如c）。
电调衰减器8、电调移相器9调整（控制）来自信号合路器7的互调失真 信号，使经过功率放大器10放大输出的信号与主功率放大器2放大的互调 失真信号幅度相等，相位相差Nφ（N为奇数），如图2（d）所示。并且 延时线11延迟分路径上误差放大器10放大的信号，以便该延迟信号和主功 放2输出的信号同时到达功率组合器12。功率组合器12组合来自延迟线11 和主功率放大器2输出的信号，即包含图2（b）的放大信号中的互调失真 信号和图2（d）的反相的互调失真信号进行互调对消。由此产生图2（e） 中的最终输出信号
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➢2、为什么宽带信号要采用线性功放技术
(2)传统功率放大器线性化方法及它的局限性
1、负反馈：应用于低频率较窄的频段。 2、补偿技术（back-off）：即降低输入功率Pin，使放大器的工作点远
离饱和区，用降低输出功率的方法减小非线性失真。这种方法简单 也可以保证线性。但是由于放大器的工作电流不变，使得效率降低， 晶体管本身也“大材小用”，没有发挥它的能力。当需要大的输出 功率时，就需要输出功率更大的放大管，这对器件提出了更高的要 求。这些局限性限制了补偿技术的广泛应用。
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➢2、为什么宽带信号要采用线性功放技术
(1)、PA产生的非线性失真（频谱再生效应）
放大器在非线性区域时，输出Pout中包含新的频率分量。如果为单频f1信 号，输出Pout中包含f1以及它的的高次谐波频率成分；如果为两个频率f1及f2 的组合信号，输出中将包含mf1±nf2的频率成分信号，其中m，n分别为0，1， 2…，考虑到放大器负载的频率是有限的，输出的频率成分中一般包含f1，f2 和它们的组合分量2f1-f2、2f2-f1、3f1-2f2、3f2-2f1…., 图2中给出了输入信号和输出信号的频谱，由于放大器输出产生新的分量而导 致的输出信号失真，称为放大器的非线性失真。
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➢术语、定义和缩略语
4、载频抵消：依靠一个定向耦合电路，将耦合通路上的载频信 号（含交调失真信号）与通道上同载频信号在定向耦合电路 上进行模拟抵消载频信号的过程
5、交调抵消：依靠一个定向耦合电路，将主环输出的交调失真 信号放大后耦合在主功率输出的通道上，在定向耦合电路上 模拟抵消交调失真信号的过程
➢5、前馈技术原理
前馈技术为目前功率放大器的主流技术，对其原理简单介绍如下： 前馈型线性功率放大器的原理框图如图1所示，该放大器从其输出中只 提取了互调失真信号并将其与反相的输出信号混合，因而改进了C/I（载 频－互调）比。
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➢5、前馈技术原理
以输入双音（TONE）信号为例，图7给出了前馈功放中各点的频谱示意。
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➢术语、定义和缩略语
CDMA 码分多址（Code Division Mulitiple Access）
LMDS 本地点对多点分布系统（Local Mulitipoint Distribution System）
WLAN 无线局域网（Wireless Local Area Network）
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➢3、功放线性功化技术分类
1、前馈技术 利用主环路和误差环路来改善功率放大器的非线性失真， 即将主环路提取的交调失真信号，在误差环中反相并放大 后和主功率放大器输出的信号进行交调失真抵消，从而改 善功率放大器非线性失真的一种技术
2、预失真技术：是依靠在功率放大器的输入通道中插入 预失真部件，造成输入信号的预先岐变失真，由于预失真 部件的失真特性与功率放大器的非线性失真特性正好相反， 从而消除功率放大器输出信号中的非线性失真产物，实现 功率放大器线性化改善目标的信号处理方案。
线性功放知识简介
生技部内部技术资料 2003年9月
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目录
➢ 1、术语、定义和缩略语
➢ 2、为什么宽带信号要采用线性功放技术（NCDMA、WCDMA)
➢ 3、功放线性功化技术分类（前馈和预失真）
➢ 4、预失真技术原理简介
➢ 5、前馈技术原理
➢ 6、800MHz 30W线性功放实现原理和调试方法
VSWR 电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio）
RF
射频（Radio Frequency）
IF
中频（Intermediate Frequency）
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➢2、为什么宽带信号要采用线性功放技术
(1)、PA产生的非线性失真（频谱再 生效应）
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➢4、预失真技术原理简介
2、数字预失真（基带预失真－线性功放未来发展的方向）（一）
图5 数字预失真原理框图 Comba Telecom Systems
➢4、预失真技术原理简介
2、数字预失真（基带预失真－线性功放未来发展的方向）（一）
数字预失真是一种放大器线性化方法，能显著提高多载波放大器的 效率。其原理是：非线性失真功能内置于数字、数码基带信号处理域 中，其与放大器展示的失真功能数量相当（“相等”），但功能却相 反。将这两个非线性失真功能相结合，便能够实现高度线性、无失真 的系统。这样就可以在功率放大器（PA）内使用简单的AB类平台，从 而可以消除制造前馈放大器（feed forward amplifier）的负担和复杂性。 此外，由于放大器不再需要误差放大器失真矫正电路，因此可以显著 提高系统效率。
数字预失真系统的基本运行原理上图5所示。目标是数字化生成非 线性，以获得放大器所展示的优异特征。如果对基带非线性进行了正 确建构，那么对连续流经基带非线性层叠（cascade）及放大器的信号 的总体系统响应则为线性增益响应。这就意味着不会再发生失真和光 谱再增长现象，因此可以极大地满足当前需求。
Comba Telecom Systems
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➢1、术语、定义和缩略语
6、预失真技术：是依靠在功率放大器的输入通道中插入预失真部件，造成输入 信号的预先岐变失真，由于预失真部件的失真特性与功率放大器的非线性失 真特性正好相反，从而消除功率放大器输出信号中的非线性失真产物，实现 功率放大器线性化改善目标的信号处理方案。预失真技术根据预失真器件的 实现方法可以分为模拟预失真和数字预失真。利用模拟器件的非线性行为直 接实现功率放大器输入信号预失真的方法称为模拟预失真，通过数字算法对 基带信号进行处理实现预失真的方法称为数字预失真。
➢ 7、工艺结构及信号流向图
➢ 8、附录
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➢术语、定义和缩略语
1、前馈技术：利用主环路和误差环路来改善功率放大器的非线性失真，即将 主环路提取的交调失真信号，在误差环中反相并放大后和主功率放大器输 出的信号进行交调失真抵消，从而改善功率放大器非线性失真的一种技术
如图1所示：放大器在OA区域时，Pin与Pout成 线性关系，即功率增益Gp基本保持不变。 Pin继续增加， Pout出现滞胀，Gp开始减小， Pout达到最大后开始下降，Gp进一步减小。 通常把增益Gp从Gpmax下降1dB的D点称为 1dB增益压缩点，此点是线性和非线性的分 界点。Pin超过Pin（1dB）后，放大器很快 进入饱和工作区，即非线性区。 Pin（1dB） 越大，放大器线性度越高。
2、主环：将功率放大器输出的信号(含交调失真信号)与输入的信号（不含交调 失真信号）在载频抵消电路中进行载频抵消，其输出只含交调失真信号的 一种闭环电路
3、误差环：将功率放大器输出的信号（含交调失真信号）与只含交调失真的 信号在交调抵消电路中进行交调失真抵消，其输出只含较小失真信号的一 种闭环电路。