功率回退技术

功率回退技术
1dB压缩点(P1dB)
在小信号区域，放大器的输出和输入呈线性关系。

当输入功率增加时，输出功率逐渐接近非线性区，1dB压缩点被定义为放大器的增益比小信号增益低1dB时的输出功率，或说是被压缩1dB时的输出功率P1dB。

通常将1dB压缩点作为一个放大器的线性区和非线性区的分界点。

图1 1dB压缩点
三次交调截取点(IP3)
在射频或微波多载波通讯系统中，三阶交调截取点OIP3是一个衡量线性度或失真的重要指标。

交调失真对模拟微波通信来说，会产生临近信道的串扰，对数字微波通信来说，会降低系统的频谱利用率，并使误码率恶化；因此容量越大的系统，要求IP3越高，IP3越高表示线性度越好和更少的失真。

IP3通常用两个输入音频测试，这里所指的音频与我们低频电子线路的音频没有区别，实际上是两个靠的比较近的射频或微波频率。

图2 放大器的输出功率和互调分量岁输入功率的变化
如放大器，基频是1:1增长，3rd是3:1增长，IP3点就是3rd信号影响超过基频的点。

从图2 中可以发现输出电平按照1:1的斜率随输入信号电平变化，而三阶互调失真则按照3:1的斜率变化。

虽然输出和三阶互调都会在某个电平上饱和，但将二条曲线的线性区分延长并获得相交点，这个交点对应X轴和Y轴的读数分别被称为输入和输出三次截断点IP3；而二者之差即为放大器的小信号增益，如输入IP3为5dBm，输出IP3为50dBm，则放大器增益为45dB。

功率放大器的线性化技术主要有：功率回退法、负反馈法、预失真法、前馈法。

功率回退法：
功率回退法就是把功率放大器的输入功率从1dB压缩点(放大器有一个线性动态范围，在这个范围内，放大器的输出功率随输入功率线
性增加。

随着输入功率的继续增大，放大器渐渐进入饱和区，功率增益开始下降，通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率的1dB压缩点，用P1dB表示。

)向后回退6-10dB，工作在远小于1dB压缩点的电平上，使功率放大器远离饱和区，进入线性工作区，从而改善功率放大器的三阶交调系数。

一般情况，当基波功率降低1dB时，三阶交调失真改善2dB。

A类放大器具有良好的线性放大性能，一般来讲，A类放大器在1dB压缩点输出时，三阶交调系数约为-23.7dBc(一般取-20dBc)。

采用回退方式的传统RF功率放大器往往采用固定栅压偏置或带温度补偿的栅压偏置方式(如图3所示)，放大器的输出功率和偏置栅压没有进行关联控制，因此输出功率只能在回退到较小时才能达到较好的线性度，随着输出功率的增大线性指标将快速恶化。

功率回退法简单且易实现，不需要增加任何附加设备，是改善放大器线性度行之有效的方法，缺点是效率大为降低。

另外，当功率回退到一定程度，当三阶交调制达到-50dBc以下时，继续回退将不再改善放大器的线性度。

因此，在线性度要求很高的场合，完全靠功率回退是不够的。

图3 采用传统控制方式的功率放大器的示意图
放大管的偏置栅压输出功率具有一组相对应最佳值使其在零输出至满输出之间均能保持较好的线性输出能力。

在输出功率较小时，删压维持一较高值，输出功率过了临界点后随着输出功率的加大，必须减小删压。

为了使功率放大器的偏置删压能够跟随输出功率的变化来实时的进行调节，我们采用如图4所示的电路结构并使用单片机的查表技术来实现这一目标。

采用功率——删压关联偏置技术，将首先对输出功
率进行检测，然后和单片机内的功率——删压表进行比对，找出输出功率和最佳匹配的删压值送给功放的栅极进行动态偏置。

因此不同的输出功率，均有一个对应的最佳删压值，也就是说功率放大器可以在每个不同的输出功率下都可以具有较好的线性和效率指标，从而实现功率放大器在零输出至满输出之间，同时具有良好的线性和较高的效率。

图4 采用输出功率—栅压关联方式的功放示意图
在进行全程回退特性的功率放大器实验中，我们采用了如图5所示的电路，主信号经过隔离器后连接到输出SMA插座。

功率放大器的输出信号经过一个50dB的耦合器后输入到AD8362真有效值检波芯片进行功率检测，输出一个和功率对应的直流电压信号送给单片机PIC18F6622进行A／D采样，同时隔离器的反射端功率和功率管附件的温度信号也经检测后送给单片机进行数据处理。

单片机将采样的功率信号大小和内建的功率——删压表进行比对，查找对应的最佳删压值送给PWM端口经滤波后形成一个直流偏置电压，对输出功率管的栅极进行动态偏置。

图5 电路原理图
在图5中，AN0、AN1和AN2分别为正向功率检测、温度检测
和反向功率检测，其中正向功率检测值参与快速查表计算，温度检测值参与慢速修正功率——栅压表，而反向功率检测值正常情况下不参与控制栅压用于计算驻波比，仅在故障保护时(反向功率过大)触发单片机关闭栅压。

PWM1为栅压输出，是具有l 0位精度的可调占空比的脉冲，与片外Rc滤波器配合等效于10位精度的D／A 。

以5V供电系统为例，由此可产生0～5 V范围的栅压，调节步长为0．005V，足以满足对栅压调节的要求。

控制软件用C语言编写，主要由初始化子程序、A／D采样子程序、栅压(PWM)输出子程序、查表计算子程序和温补修正子程序组成。

控制程序为功率放大器主监控程序的一部分。

主监控程序还包括其它控制保护功能以及与外界主控端或调试端通信(RS485)的处理程序。

在程序初始化中，主要完成A／D采样的初始化配置、PWM口的初始化配置，以及其它用到的单片机资源配置。

另外从EEPROM中调出已建好的功率——栅压表供主控程序使用。

功率——栅压表可通过手工或自动测试系统(A T)来建立。

A／D采样子程序：完成正向功率检测、温度检测和反向功率检测，并做数字滤波处理去除干扰。

采样得到的数字量化值根据检波器或传感器的特性换算成dBm(功率)或度(温度) 单位。

查表计算子程序：根据当前正向功率值查功率——栅压表，计算出栅压值。

由于功率——栅压表是离散的点，所以两点间数据采用线性插值计算。

同时数据表格在程序初始化时已从EEPROM调到SRAM 中，这样便于发挥PIC18F6622单片机快速运算的特长，提高控制的快速性。

栅压输出子程序：根据栅压值设置输出对应占空比值的PWM的信号。

经片外RC滤波后产生直流栅压。

当设备发生故障或要求RF射频关断需要关闭栅压时，PWM口将停止原PWM输出而直接输出0V。

因为功率一栅压关联控制动态调节要求实时性较高，所以功率A ／D采样子程序、查表计算子程序、栅压输出子程序都放在主程序的l0ms快速循环中执行。

温补修正子程序：根据当前温度修正原功率—
—栅压表，更新后的功率——栅压表继续供查表计算使用。

由于温度是慢速变化量，故温补修正只需在每1秒执行一次即可。

温补修正算法是：按照高低温实验得到的温补参数值，叠加到常温功率——栅压上。

温补的范围-40度至80度。