微波线性功率放大器综述
射频与微波电路设计介绍-7-功率放大器设计介绍
热设计与散热问题解决方案
热设计基本原理
阐述热设计的基本原理，包括热传导、热对流、热辐射等 概念。
散热问题解决方案
探讨散热问题的解决方案，如采用高效散热器、使用热管 技术等，并分析其优缺点。
热设计与散热问题实例分析
给出热设计与散热问题的实例分析，包括热仿真、热测试 等方面。
热设计与散热问题解决方案
热设计基本原理
阐述热设计的基本原理，包括热传导、热对流、热辐射等 概念。
散热问题解决方案
探讨散热问题的解决方案，如采用高效散热器、使用热管 技术等，并分析其优缺点。
热设计与散热问题实例分析
给出热设计与散热问题的实例分析，包括热仿真、热测试 等方面。
05
射频与微波功率放大器仿真与测 试方法
05
射频与微波功率放大器仿真与测 试方法
01
02
03
04
高集成度
随着半导体工艺的发展，射频 与微波电路将实现更高的集成
度，减小体积和重量。
高性能
采用新材料和新技术，提高电 路的性能指标，如更高的工作 频率、更低的噪声系数等。
多功能融合
将不同功能的电路模块集成在 一起，实现多功能融合，满足
复杂应用场景的需求。
智能化
引入人工智能和机器学习技术 ，实现电路的自适应调整和智 能化管理，提高系统性能。
连接测试仪器，设置合 适的测试参数（如频率 、功率等）。
对功率放大器的各项性 能指标进行测试，如输 出功率、增益、效率等 。
通过输入不同幅度和频 率的信号，观察功率放 大器的输出信号是否失 真，评估其线性度性能 。
在长时间工作和不同环 境温度下，测试功率放 大器的稳定性和可靠性 。
测试平台搭建及测试步骤说明
微波功率放大器
Pout(dBm)
1dB 1
ý ×» ÷ È ½ ½ µ Ø ¹ ã ½ Ö µ
IP3
1 M3 dB
P dB Pin 1dB G0 dB 1 1 Pout dB Pin dB G0 dB
P3 a
3 1
小信号工作时
M 3 dB 23.75 2( P1dB Pout dB 1)
* k1为小信号电压增益；k3为负，代表压缩特性。
6
输入：
A A V cosw1t cosw 2 t 2 2
(使总功率保持不变)
输出基波：
1 9 k1 A k 3 A3 cosw1t cosw 2 t 8 2 1 3 k3 A3 cos2w1 w 2 t cos2w 2 w1 t 2 8
14
S21 只降模值 S12 只升模值
3. 动态阻抗法
没有模型也没有S参数的晶体管，可先测得最佳Zin 、Zout ， 再设计微带匹配电路。
FET ÷ä ÷ µ Å Æ 1 VSWR1 Zin(f) ÷ä ÷ µ Å Æ 2 Zout(f) VSWR2
• 在一定频率及输入电平下，调整工作点及调配器，使输出功 率最大、同时效率较高(偏置电流小)时，得最佳负载状态。 • 用共轭替代法，用网络分析仪测出此状态下两端输入、输出 阻抗，用于功放匹配网络设计。 这种方法的功放非线性是不可预估的，故对线性功放的设 计一般不用。
三阶交调分量：
• 1dB压缩点三阶交调系数
M3
1dB
三阶交调分量电压幅度 20lg 1dB 23 .75dBc 基波电压幅度
实际经验值略小，通常取 M3 1dB -23dB
微波功率放大器线性化技术研究
摘要摘要现在，无线移动通信技术正在高速发展，高功率放大器在民用移动通信、军事指挥系统、广播电视和航空航天等领域都有着广泛的应用。
作为通信系统中最核心的组成部分，工作频率为微波甚至毫米波频段的高功率放大器输出信号的性能指标对整个通信系统有着重要影响，良好的性能对整个通信系统的传输质量有更好的保证。
但是由于器件、设计方法以及工艺的固有特性，功率放大器随着输入功率的增大，总是逐渐由线性变为非线性状态，出现非线性失真现象，严重影响输出特性。
以往单纯通过功率回退的方式将功率放大器从饱和工作状态回退到线性区，从而获得较好的线性度指标。
但是随着现代无线通信系统对功率放大器线性度的要求逐渐提高，功率放大器的输出功率越来越大，以功率回退来改善非线性失真的方法不能满足实际运用的需求。
在不影响功率放大器输出功率的前提下，人们提出了线性化技术来满足输出信号的线性指标，通过线性化技术保证功率放大器在接近饱和输出下仍然可以满足通信系统的线性度需求。
目前国内的起步较晚，国外对于如何改善功率放大器的非线性失真早在几十年前便已开始研究，不同学者根据放大器非线性产生原理提出各种解决方案，也取得了丰硕的成果。
但是对于目前针对毫米波固态功放尤其是宽带功放的线性化技术仍在研发阶段。
本文便是为了改善Ka波段固态通信功放而展开地对于线性化技术尤其是预失真技术的研究。
本文通过对肖特基二极管的分析且在经典原理电路的基础上改进电路结构，运用射频仿真软件进行计算仿真并且加工实物，最后通过与一款基于氮化镓的Ka波段50W 功放级联测试。
测试结果表明，加了线性化器后，该功放在饱和回退3dB处，三阶交调指标改善了接近6-7dB，达到小于-25dBc，能够满足通信功放的运用需求。
关键词：线性化技术；微波；功率放大器；预失真；肖特基二极管论文类型：c.应用研究西南科技大学硕士学位论文ABSTRACTNow, wireless mobile communication technology is developing at high speed, and high-power amplifiers are widely used in civil mobile communications, military command systems, broadcast television, aerospace and other fields. As the core component of the communication system, the performance index of the output signal of the high-power amplifier whose operating frequency is microwave or even millimeter wave has an important impact on the entire communication system, and good performance has a better guarantee for the transmission quality of the entire communication system . However, due to the inherent characteristics of the device, design method, and process, as the input power increases, the power amplifier always gradually changes from linear to nonlinear state, and nonlinear distortion occurs, which seriously affects the output characteristics.In the past, the power amplifier was retreated from the saturated working state to the linear region simply by power back-off to obtain a better linearity index. However, as the requirements of modern wireless communication systems for the linearity of power amp- lifiers are gradually increasing, the output power of power amplifiers is getting larger and larger, and the method of using power back-off to improve nonlinear distortion cannot meet the needs of practical applications. On the premise of not affecting the output power of the power amplifier, linearization technology is proposed to meet the linear index of the output signal, and the linearization technology is used to ensure that the power amplifier can still meet the linearity requirements of the communication system when the output is close to saturation.At present, China started late, and foreign countries have begun to improve the nonlinear distortion of power amplifiers decades ago. Different scholars have proposed various solutions based on the principle of nonlinear generation of amplifiers, and have also achieved fruitful results. However, the current linearization technology for millimeter wave solid-state power amplifiers, especially broadband power amplifiers, is still in the research and development stage. This article is to improve the research of linearization technology, especially predistortion technology, to improve the Ka-band solid-state communication power amplifier.In this paper, through the analysis of Schottky diodes and the improvement of the circuit structure on the basis of the classic principle circuit, the use of RF simulation software for calculation simulation and processing of the physical, and finally passed a cascade test with a gallium nitride-based Ka-band 50W amplifier. The test results show that after the linearizer is added, the power amplifier is at 3dB of saturation back-off, and the third-order intermodulation index is improved by close to 6-7dB, reaching less than -25dBc, which can meet the needs of the communication power amplifier.KEY WORDS: Microwave;Power amplifier;Linearization technology;Predistortion;Schottky diode TYPE OF THESIS: c.Application Researc目录目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)第一章绪论 ....................................................................................................................- 1 -1.1 课题研究背景及意义...............................................................................................- 1 -1.2 线性化技术的国内外研究动态...............................................................................- 2 -1.3 论文主要内容...........................................................................................................- 5 -第二章功率放大器非线性特性及线性化方法 ............................................................- 6 -2.1 功率放大器的非线性分析.......................................................................................- 6 -2.1.1 非线性幅度失真与非线性相位失真特性........................................................- 6 -2.1.2 互调失真............................................................................................................- 7 -2.1.3 记忆效应............................................................................................................- 8 -2.2 功率放大器线性度描述...........................................................................................- 8 -2.2.1 1dB压缩点 .........................................................................................................- 8 -2.2.2 三阶交调和三阶截断点....................................................................................- 9 -2.3 功率放大器的主要线性化技术...............................................................................- 9 -2.3.1 功率回退技术..................................................................................................- 10 -2.3.2 负反馈法..........................................................................................................- 10 -2.3.3 非线性器件法.................................................................................................. - 11 -2.3.4 前馈线性化技术..............................................................................................- 12 -2.3.5 预失真技术......................................................................................................- 12 -2.3.6 各种线性化技术的比较..................................................................................- 16 -2.4 小结.........................................................................................................................- 16 -第三章基于肖特基二极管的预失真技术研究 ..........................................................- 17 -3.1 肖特基二极管的非线性特性分析.........................................................................- 17 -3.2 肖特基二极管的选择及测试.................................................................................- 18 -3.3 并联式二极管预失真器.........................................................................................- 20 -3.4 串联式二极管预失真器.........................................................................................- 22 -3.5 反射式肖特基二极管预失真器.............................................................................- 24 -3.6 多级级联结构预失真.............................................................................................- 26 -3.7 小结.........................................................................................................................- 26 -第四章Ku波段预失真线性化器的设计.....................................................................- 27 -4.1 两级级联式预失真器原理分析.............................................................................- 27 -4.2 无源器件仿真.........................................................................................................- 29 -西南科技大学硕士学位论文4.2.1 偏置高阻线......................................................................................................- 29 -4.2.2 交指电容..........................................................................................................- 30 -4.3 线性化电路设计及仿真.........................................................................................- 32 -4.4 功率放大器模拟仿真.............................................................................................- 33 -4.5 线性化器和功率放大器级联仿真.........................................................................- 35 -4.6 小结.........................................................................................................................- 37 -第五章Ka波段预失真线性化器的设计.....................................................................- 38 -5.1 新型反射式预失真器的原理介绍.........................................................................- 38 -5.2 无源器件的仿真.....................................................................................................- 40 -5.2.1 交指电容..........................................................................................................- 40 -5.2.2 偏置高阻线......................................................................................................- 41 -5.2.3 射频接地结构..................................................................................................- 43 -5.2.4 3dB定向耦合器 ...............................................................................................- 44 -5.3 整体电路仿真.........................................................................................................- 46 -5.4 小结.........................................................................................................................- 48 -第六章Ka波段功放的设计与级联测试.....................................................................- 49 -6.1 Ka 50W固态功率放大器的研制............................................................................- 49 -6.1.1 功放组成..........................................................................................................- 49 -6.1.2 驱动模块..........................................................................................................- 50 -6.1.3 末级模块设计..................................................................................................- 50 -6.1.4 末级功率合成..................................................................................................- 51 -6.2 功率放大器三阶交调及AM-AM，AM-PM测试方法 .......................................- 52 -6.2.1 测试仪器..........................................................................................................- 52 -6.2.2 测试原理..........................................................................................................- 53 -6.3 预失真器与功率放大器的级联测试.....................................................................- 54 -6.3.1 功放测试..........................................................................................................- 54 -6.3.2 预失真器测试..................................................................................................- 56 -6.3.3 级联测试..........................................................................................................- 58 -6.4 小结.........................................................................................................................- 59 -第七章总结 ..............................................................................................................- 60 -致谢................................................................................................................................- 61 -参考文献............................................................................................................................- 62 -第一章绪论第一章绪论1.1课题研究背景及意义在最近的几十年里，移动通信技术不断发展，到现在已经进入了第五个技术时代。
线性化微波功放现状
线性化微波功放现状随着无线信息通信的迅速发展，在有限的频率内需要实现越来越多数据信号传输，这使得信道频率日渐匮乏。
为了提高无线传输信息的效率，通信系统中重要的微波功率放大器一般都处于在非线性工作状态，而包络变化的调制信号经过非线性微波功率放大器后会产生互调失真，造成严重的码间干扰和邻信道干扰。
为了保证通信质量，必须采用线性化技术。
本次介绍目前几种重要的线性化微波功率放大器技术设计，包括功率倒退法、负反馈法、预失真法、前馈法等1.功率倒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6-10个分贝，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。
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。
2.负反馈法负反馈是反馈法中的其中一种，反馈法是运用反馈的概念分析和处理问题的能力的方法，它还包括直接反馈法以及间接反馈法。
本文主要介绍的是负反馈法。
负反馈法原理是将微波功放的输出耦合出的一部分送入反馈网络后在放大器的输入段产生反馈信号，反馈信号与放大器原输入信号共同控制放大器的输入。
其原理框图如下：图1 负反馈法原理框图负反馈对放大器输出信号的稳定性、非线性失真以及增益稳定性都有一定的改善作用。
负反馈缺点是降低了放大器的增益，在实际电路中很难使反馈信号与输入信号在高频段的宽频带内反相，相移的控制变得异常困难，因此负反馈法一般仅用于低频场合。
微波功率放大器的线性化技术
ｅ（） ：ｋｅ（ ）＋ｋｅ（ ）＋ｋｅ（） 。ｔ ｌ ｔ ２ ｔ ３ ｔ
（） １
（） ２
假设输人信号 由两个等振幅不同频率 ｇ 和 ｇ 组成 ， ｅ ｆ ． Ｏ ． Ｏ ２ 设 ｉ ）＝Ａ（ＯＯ ｔ Ｏ ） ＋ ）将 ｅ ｆ 代人 （ ＣＳ ＋ＣＳ ２ ｔ ， ｊ ） ） Ｏ （
程度上改变了生活方式 。从全球范围来看 ， 无线通信用户 的年增量都在逐年大幅度增长， 无线通信
已经进人规模化发展的阶段 。如今 ， 快速发展 的无线通信 已成为信息产业 中最为耀眼 的亮点， 并成为推 动社会经济发展 的强劲动力。 所有的无线通信系统都要求对相邻频段的用户产生最小的干扰 ， 也就是必须在所规定的频段范围内 传送信号。但通信系统中的半 导体器件必定会使发送信号产生非线性失真 ， 从而对相邻信道产生不同程 度的干扰 ， 因此必须改善非线性器件 的线性化程度。微波功率放大器是发射机 系统 中非线性最强 的器 件， 因此提高功率放大器的线性度成为线性化发射机系统的关键 。其中常用的方法是采用各种线性化技
微 波功 率 放大 器 的线 性 化 技 术
石 海 霞
（ 攀枝花学 院电气信息工程系 ， 四川攀枝花 ６７０ ） １０ ０
摘
要
随着无线通信技术 的飞速发展 ， 功率放大器 的线性化 已成为一个重要 的研 究课题。本文介绍 了微波
功放非线性产生 的原 因 ， 阐述 了常 见的线性化技术 ， 并 以便于微波功放设计者参考 。
维普资讯
第２ 第３ ４卷 期
Ｖ０． ４ Ｎ ． １２ ． ｏ ３
攀枝花学院学报
微波功率放大器发展概述
微波功率放大器发展概述微波功率放大器主要分为真空和固态两种形式。
基于真空器件的功率放大器，曾在军事装备的发展史上扮演过重要角色，而且由于其功率与效率的优势，现在仍广泛应用于雷达、通信、电子对抗等领域。
后随着GaAs晶体管的问世，固态器件开始在低频段替代真空管，尤其是随着GaN，SiC等新材料的应用，固态器件的竞争力已大幅提高[1]。
本文将对两种器件以及它们竞争与融合的产物——微波功率模块（MPM）的发展情况作一介绍与分析，以充分了解国际先进水平，也对促进国内技术的发展有所助益。
1. 真空放大器件跟固态器件相比，真空器件的主要优点是工作频率高、频带宽、功率大、效率高，主要缺点是体积和质量均较大。
真空器件主要包括行波管、磁控管和速调管，它们具有各自的优势，应用于不同的领域。
其中，行波管主要优势为频带宽，速调管主要优势为功率大，磁控管主要优势为效率高。
行波管应用最为广泛，因此本文主要以行波管为例介绍真空器件。
1.1 历史发展真空电子器件的发展可追溯到二战期间。
1963年，TWTA技术在设计变革方面取得了实质性进展，提高了射频输出的功率和效率，封装也更加紧凑。
1973年，欧洲首个行波管放大器研制成功。
然而，到了20世纪70年代中期，半导体器件异军突起，真空器件投入大幅减少，其发展遭遇极大困难。
直到21世纪初，美国三军特设委员会详细讨论了功率器件的历史、现状和发展，指出真空器件和固态器件之间的平衡投资战略。
2015年，美国先进计划研究局DARPA分别启动了INVEST，HAVOC计划，支持真空功率器件的发展和不断增长的军事系统需要，特别是毫米波及THz行波管[2-4]。
当前真空器件已取得长足进步，在雷达、通信、电子战等系统中应用广泛。
1.2 研究与应用现状随着技术的不断进步，现阶段行波管主要呈现以下特点。
一是高频率、宽带、高效率的特点，可有效减小系统的体积、重量、功耗和热耗，在星载、弹载、机载等平台上适应性更强，从而在军事应用上优势突出。
微波线性功率放大器设计研究
微波线性功率放大器设计研究摘要随着4G无线通信和军事领域新标准新技术的迅速发展，对于作为微波通信系统、雷达、电子对抗、宽带频率调制发射机、数字电视发射机等系统核心部件的功率放大器来说，它不仅仅是将信号放大到足够的功率电平，以实现信号的发射、远距离传输和可靠接收，而且对带宽、输出功率、线性度、效率和可靠性方面都提出了更高的要求。
功率放大器的好坏成为制约系统发展的瓶颈。
因此对于微波功率放大器的研究和设计有着重要的意义。
关键词微波；线性功率放大器；设计前言在宽带通信系统中，如多载波调制OFDM、长期演进系统LTE，都是非恒包络调制信号，信号的峰均比很高，回退放大器会大大降低工作效率，有必要采取有源线性化技术，射频预失真技术顺势而生，它只需在射频通路增加很少的射频元器件，就可达到提高功放输出功率、降低系统功耗、节约系统成本的效果。
1 原理美国Scintera公司推出的射频数字预失真（RF DPD）产品RFPALSC18xx 系列，为数字预失真提出了新的解决方案。
RFPAL工作午射频频率上，只涉及到射频通路的信号输入和输出，比较方便和功放集成，它具有较高的集成度，电路设计简单。
其最新产品SC 1894，工作频率168MHz至3800MHz，输入信号带宽25kHz至75MHz，它利用功放输出信号和输入信号计算功放非线性参数，具有自适应调节功能，与工作在SW至60 W平均输出功率的A/AB类或Doherty 放大器一起使用，最高能達到28dB。
的临波道抑制和38dB的三阶交调系数改善。
它采用QFN管脚封装，支持外部时钟输入，低功耗设计，最大功耗仅为990mW。
SC1894所采用的射频预失真技术可补偿调幅至调幅（AM～AM）和调幅至调相（AM-PM）失真、互调失真和功放记忆效应，采用反馈信息补偿由于温差和功放老化造成的信号失真。
图1a）是SC1894管脚封装及典型外围电路，b）是基于SCI894实现射频预失真的原理框图。
微波功率放大器失真分析及线性化处理
２０ ０ ６年 ４月
舰 船 电 子 对 抗
ＳＨＩ ０ＡＲＤ ＬＥＣ ＰＢ Ｅ ＴＲ０ＮＩ ＣＯＵＮＴＥＲＭ ＥＡＳ Ｃ ＵＲＥ
Ａｐ ． ０ ｒ ２０ ６
Ｖｏ【 ２ Ｎｏ． ＿９ ２
第 ２ ９卷第 ２期
微 波 功 率 放 大器 失 真分 析 及 线性 化 处理
高修 立 刘 奕 强 ，
（ ． 舶 重 工集 团公 司 ７ ３ ， 州 ２ ５ ０ ； ． 圳 市 通 瑞 科 技 有 限公 司 ， 圳 ５ ８ ５ ） １船 ２所 扬 ２０ １２ 深 深 １ ０ ７
摘要 ： 微波线性功率放大器 的用途越来 越广 ， 因此微 波功率放 大器 的线性 化处理 技术也越 来越 受到重 视 。
（ ． ｅ ７ ３ Ｉ ｓ ｉ ｔ ｆＣ Ｉ Ｙａ ｇ ｈ ２ ０ １， ｉａ。 １ Ｔｈ ２ ｎ ｔ ｕ ｅｏ Ｓ Ｃ， ｎ ｚ ｏｕ ２ ５ ０ Ｃｈ ｎ ｔ
２ Ｓ ｅ ｚ ｅ ｐ ａ ｃｅ ｃ ￣ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ Ｃ ．， ． ｈ ｎ ｈ ｎ Ｔｏ ｒ ｙＳ ｉｎ ｅ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ＬＴＤ， ｈ ｎ ｈ ｎ ５ ８ ５ Ｃ ｉａ Ｓ ｅ ｚ ｅ １ ０ ７， ｈｎ ）
ｅ ｏ— ｋ ｅ ＋ ｋ ＋ ｋ ｅ。 … １ｆ ２ ３ ＋ （） ４
下 ， 足增 益 、 宽 和 稳 定 性 ， 及对 谐 波 、 波 满 带 以 杂 的抑制 、 线性 度 的 要 求 。对 于 多 路 通信 ， 要 考 还
虑尽量 减小 互 调失 真 ， 幅、 相转 换 （ 调 调 ＡＭ／
Ｄｉ ｔ ｒ ｉ ｎ Ａｎ ｌ ｓ ｓ ａ ｄ Ｌｉ ａ ｉｙ Ｐｒ ｃ ｓ ｉ ｆＭ ｉ ｒ ｗａ ｅ Ｐｏ ｒ Ａｍ ｐ ｉ ｉ ｒ ｓ ｏ ｔｏ ａ ｙ ｉ ｎ ｎｅ ｒ ｔ ｏ ｅ ｓ ｎｇ ｏ ｃ ｏ ｖ ｗｅ ｌｆｅ
微波功率放大器的性能以及增益的测量
测 试 定 向耦 合 器 １ ， 由于 ４ 口本 身 已经 接 了负 载 ，所 以 先 将 ２ 接入 匹配负载，１ 口和 ３ 口分 别 接 ￣ ｔ Ｊ ３ ｍ ｍ 矢网 （ Ｐ Ｎ Ａ — Ｘ ，Ｎ ５ ３ ４ ７ Ａ ） 的两 个 接 口 ，测 出 的 Ｓ ２ ｄ ｌ Ｐ 为Ｓ ３ ｔ ，即耦合度Ｃ ： 此 时 ， 从 矢 网 上 取下耦合器 ，重新将匹配负载接入到３ 口 ，此 时 ，将 １ ，２ 口接 入 ￣ Ｊ ｌ ３ ｍ ｍ 矢 网 ， 测 出￥ ２ １ ， 即隔 离 度 Ｉ 。最 后 得 到 定 向耦 合 器 １ 的方 向 性 ：Ｄ ＝ Ｉ — Ｃ 。定 向耦 合 器 ２ 的测试过程与１ 相 同 。两 个 耦 合 器 的 测 试 结 果 可 以得 到 ， 定 向耦 合 器 ｌ 的 方 向性 比 定 向耦 合 器 ２ 的好。 在 功 放 的 测 量 过 程 中 ， 为 了达 到 有 最 小 的 反 射 ，故 把 定 向 耦 合 器１ 放 在 功 率 放 大 器 的 输 入 端 ，把 定 向耦 合 器２ 放 到 功 率 放 大 器 的 输 出端 。 ２ ． ４ 功 放 的 测 量
Ｏ 引 言
在 近 代Ｒ Ｆ 和 微 波 系 统 中 ，放 大 是 最 基 本 和 最 广 泛 存 在 的 微
数 ，利 用 这 ｌ ４ 组 参 数 除 了可 以解 出 系 统 误 差 外 还 能 得 到 另 外 两 组常 数 即 “ Ｒ ”标 准 的反射 系 数和 “ Ｌ ”标准 的长度 。 因此 ， Ｔ Ｒ Ｌ 校 准 法 只 要 求 传 输 线 标 准 的 特 性 阻 抗 和 系 统 特 性 阻 抗 一 致 。 这 样 就 很 大 程 度 上 减 少 了 校 准 精 度 对 校 准 标 准 件 的依 赖 ， 提高了校准精度。 ２ ． ３定 向耦合器 的测 量 ２ ． ３ ． １定 向耦 合 器 定 向耦 合 器 ［ ４ ］ 在 本 次 测 量 过程 中起 非 常 重 要 的 作用 ，如 下 图所 示 ， １ 端 口为 输 入 端 口 ，２ 端 口为 隔 离 端 口 ，３ 端 口为 耦 合 端 口，４ 端 口为 隔 离端 口 。本 次 测 试 中４ 端 口 已经接 上 匹配 负 载 。
高效率微波功放现状
高效率微波功放现状功率放大器常应用在发射机的末端，是收发信机中最重要的耗能元件。
随着通信产业的发展，无线通信系统的耗能问题受到越来越多的重视。
在无线通信系统中，射频系统是其重要的部分，功率放大器作为射频系统的前端模块，它的成本大约占到基站的三分之一。
而射频功率放大器作为重要的耗能元件，在整个无线通信系统中的耗能占了很大比重，追求更高的功放效率已经成了设备制造商们的重要目标。
针对功放效率，国内外在开关模式放大器技术、EE&R技术、LINC 技术和Doherty 放大器、谐波控制技术等方向进行过研究。
同其它几种技术相比，Doherty 技术有着工作效率高、实现方式简单，成本相对低廉，对系统的线性度的影响相对较小等多个优点，并且可以方便地和改善线性度的前馈和预失真技术相结合，因此在现代无线通信系统中得到广泛的研究和应用。
本文将简要介绍高效率微波功放技术中的谐波控制技术、Doherty技术、EE&R技术。
一、谐波控制技术理想情况下，A 类放大器的最大效率只有50%，B 类放大器的最大效率为78.5%，C 类放大器的最大效率为100%时输出功率为0，这在功率放大器设计中是不可取的。
由负载线理论可知，负载阻抗（主要是基波阻抗）决定晶体管的最大输出功率，必然会影响其最大效率。
大信号下的功放早已产生谐波分量，推而广之，谐波阻抗必然也会影响功放的效率。
当漏极电压与电流波形交错,即没有重叠部分时,直流能量可以完全地转化为了交流能量。
而如何获得理想的电压电流波形便成了提高功放效率的关键。
谐波控制类功放是从频域出发,利用特定比例的谐波分量来调控波形,从而实现高效率的。
F类,逆F类,J类功放均是典型的谐波控制类功放。
下面分别对F类、逆F类功放中谐波控制技术的应用进行说明。
为获得理想F类波形,功放输出需要对偶次谐波短路,奇次谐波开路。
即负载匹配电路的偶次谐波阻抗为零,奇次谐波阻抗呈现无限大。
这也是F类功放设计的精要。
微波功率放大器全解共42页
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
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容
膝
之易安ຫໍສະໝຸດ 。46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
微波功率放大器全解
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
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7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
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若
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9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
微波功率放大器线性化技术资料
微波功率放大器线性化技术刘海涛京信射频技术研究部产品部摘要：现代无线通信飞速发展，有限的频谱资源上需要承载越来越高的数据流量，4G LTE技术将达到100Mbps的传输速率。
在这种情况下，无线传输系统的设计和工作将承受着巨大的压力。
为了提高效率，作为系统中的核心部件——微波功率放大器一般都处于在非线性工作状态，而包络变化的调制信号经过非线性微波功率放大器后会产生互调失真，造成严重的码间干扰和邻信道干扰。
为了保证通信质量，必须采用线性化技术。
本文对目前常用的各种线性化进行梳理，并分析了工作原理、介绍了技术特点，为高线性高效率微波功率放大器的设计提供了重要的参考依据。
关键词：无线通信微波功率放大器线性化技术前馈预失真1.引言功率放大器的线性化技术研究可以追溯到上个世纪二十年代。
1928在贝尔实验室工作的美国人Harold.S.Black发明了前馈和负反馈技术并应用到放大器设计中，有效地减少了放大器失真，可以认为是线性化功率放大器技术研究的开端。
但那时主要是从器件本身的角度来提高功率放大器的线性度，所研究的功率放大器频率也较低。
随着通信技术的飞速发展，以下一些原因促使线性化功率放大器技术得到广泛研究并迅速发展：1）早期的移动通信采用恒包络调制方式与单载波传输覆盖，对于功率放大器的线性要求并不高；而进入21世纪，无线通信的飞速发展和宽带通信业务的开展，通信频段变得越来越拥挤，为了在有限的频谱范围内容纳更多的通信信道，要求采用频谱利用率更高的传输技术与复杂调制模式；因此线性调制技术如QAM ( Quadrature Amplitude Modulation )、QPSK ( Quadrature Phase Shift Keying)等在现代无线通信系统中被广泛采用。
但对于包络变化的线性调制技术，发射机系统会产生较大的失真分量，从而对传输信道或邻道产生不同程度的干扰，因此必须采用线性化的发射机系统。
射频功率放大器是发射机系统中非线性最强的器件，特别是为了提高功率效率，射频功放基本工作在非线性状态，因此线性化功率放大器设计技术己成为线性化发射机系统的关键技术；2）简单的功率回退技术不能满足现代系统要求：简单的功率回退技术虽然能获得较好的线性，但是由于器件本身的原因，纵使再深的回退，也无法达到很高的线性水平，满足不了系统的高线性要求，再者，功率回退技术使得电源利用率很低，一般仅为5%，会产生导致终端自主时间过短、基站热管理等一系列问题；3）多载波调制技术的逐渐采用要求线性化的功率放大器：以OFDM ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing)为代表的多载波调制技术具有高传输速率、不需均衡等明显优点，己为许多标准如802. 11, HDTV ( High Definition Television )、4G LTE等所采用。
微波功率放大器的线性化技术
微波功率放大器的线性化技术陈贵强甘体国(中国电子科技集团公司第十研究所成都 610036)【摘要】本文介绍了放大器线性特性的描述方法，常用的几种功放线性化技术的原理、优缺点及国内外线性化技术状况。
着重介绍了自适应线性化技术。
关键词：功率放大器，线性化技术，自适应技术1. 前言微波功率放大器在广播、电视、以及无线通信系统中有越来越重要的应用，在这些应用中它通常被用作发射机的末级，而末级是电子设备功耗的主要部分，也是成本最高的部分。
B类或C类放大器效率较高，但有严重的非线性特性。
QPSK 或QAM等线性调制技术频谱利用率高，但其起伏的包络信号通过非线性功率放大器将产生失真，即所谓的AM－AM和AM－PM变换。
多路信号通过非线性放大器将产生交调，交调产物的大部分表现为对邻近频道的干扰（ACPI），无法用滤波器滤出，不能满足发射机频谱特性指标。
在多载波传输系统中（如MMDS），通常将多路载波分别线性放大后用频率复用器合成一路送到天线。
高功率频率复用器不仅消耗功率，而且技术难度大，成本高。
采用超线性功率放大器可同时放大多路信号而使交调限制在允许范围内。
功率放大器的线性化技术是使放大器输出功率和效率最高的同时具有线性特性，常用的有[1] [2]前馈法（feedforward）、反馈法（feedback）、预失真法（predistortion）、用非线性部件实现线性化（LINC）等。
数字信号处理技术（DSP）的飞速发展为线性化技术提供了有效手段，出现了自适应线性化技术。
具有自适应补偿控制的前馈放大器能获得超线性特性，但是，由于这种方法需要辅助放大器而使设备复杂、价格高、效率低。
反馈法包括射频反馈法和包络反馈法，设备简单，但频带窄且难以获得高的线性特性。
LINC法将输入信号变成两个恒包络信号，由两个C类放大器放大，然后合成。
这种方法效率高，但实现信号分离复杂，要求两个放大器一致性好且合成效率高。
自适应预失真法在功放前插入非线性元件（预失真器），能自动修正输入信号，使功放输出具有线性特性，能补偿由于温度、电源变化、晶体管老化等产生的功放特性变化。
微波功率放大器共51页文档
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倒退值：
P (P 1 d BP od u)B t M 3dB 2 2.7 3 5 1
P od u B t M 3d2 B 2.7 3 5 1 P 1 d BP 1 d B P
需要输入功率： P indB P oudtB G 0dB
• 三阶交调截止点
M 3dB 2(P ou dtB I3 P ) IP3 P1dB12
3. 功率附加效率(Power added efficiency)
add
Pout Pin PDC
既反映功率转换能力又反映功率放大能力。
4. 1dB压缩点(1dB Gain Compressed Point)输出功率 P1dB
Pout(dBm)
P1dB
1dB
G(dB)
G0
G1dB
1dB
0
Pin <1dB> Pin(dBm)
180 dq (度dB) dPin
11
§1.8.2 功率放大器设计原则
1. 线性功率放大器
与小信号高增益放大器设计的S参数公式完全一样。
inS11S112SS222 1LL
outS22S112SS121 1SS
区别仅是：由于功率管输入阻抗很低，匹配电路形式有 少许不同。
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2. 大信号S参数法
0
Pin <1dB> Pin(dBm)
G1dB-- 增益下降1dB点 Pin <1dB>-- P1dB对应的输入功率
P1dB-- G1dB对应的输出功率
1
有关定义：
• 输入功率较小时，增益为常数，称为小信号线性增益G0；
• 输入功率继续增大，功放输出功率出现非线性，输出功率 与输入功率的比值即增益减小；
线性化微波功放现状及发展趋势1..
线性化微波功放现状及发展趋势—！学院：电子工程学院专业：电磁场与微波技术教师：徐瑞敏教授姓名：XXX学号：02XX【报告日期：线性化微波功放现状及发展趋势一、引言电磁波和低频率端相比高频率端拥有其独特的优点，近年来尤其是微波毫米波电路作为航空航天的无线通信手段得到广泛应用。
但是在几乎所有的微波电子系统中，要将信号放大都需要微波功放，因此微波功放在微波有源电路中拥有了无可比拟的重要地位。
对微波功放,除了有一定的功率输出和增益指标以外,线性度也是一个十分重要的指标。
例如在微波测试设备中,由于功放的非线性失真所产生的谐波往往影响了测试精度;在移动通信的基站和移动站中,功放的非线性失真往往会产生邻道干扰,从而引起信号失真。
因此,在这些设备中对功放的线性度提出了很高的要求。
对功放线性度的衡量可从两个指标来考察:一为谐波抑制度,当放大器输人频率为f0的单频信号时,由于非线性失真,会产生频率为nf0等的谐波,如图1所示,输出主频与谐波的功率电平之差即为谐波抑制度,用dBc表示。
^第二个衡量指标为三阶交调系数。
当放大器输人一定频率间隔(例如SMH:)、幅度相同的频率为f,和f:两信号时,由于非线性失真,在放大器输出端除了放大的f’,和f:外,还有2j,;一J:和2j:一f,,此为三阶交调频率,如图1(b)所示,主频与三阶交调频率的功率电平之差即为功放的三阶交调系数,用(IBc表示也可用一分贝压缩点来表示功放的线性度的,一分贝压缩点与三阶交调之间具有换算关系。
二、功率放大器的非线性特性现在一方面人们追求更高的功率利用率，另一方面是日益发展的无线通信产业的要求迫使我们不得不给予功率放大器的线性化问题以足够重视。
要研究线性化技术，首先必须了解功率放大器的非线性失真特性，以做到有的放矢。
理想情况下，功率放大器工作在线性状态，传输系数与输入信号的幅度和相位无关。
但在实际情况中并非这么简单，由于晶体管的特性，在达到一定输入功率时，放大器将呈现出非线性。
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微波线性功率放大器综述
1概述
微波线性功率放大器在现代微波（无线）通信系统中的重要性越来越大。
特别是在CDMA 体制移动通信系统中，线性功率放大器已经是必不可少的重要部件。
2基本指标
2.1 AM/AM AM/PM失真
一个HPA的线性特征可以用AM/AM和AM/PM 曲线来表示. 输入的RF 信号可以表示为：
x(t)=R i(t)⨯cos[ω0t+θx(t)] (1)
相应的输出表示为：
y(t)=G[R i(f)] ⨯cos{ω0t+θx(t)+ψ[R i(f)]} (2)
其中G和ψ表示AM/AM 和AM/PM曲线，如图一。
图. 1 实测的放大器失真曲线
理想的线性功放的曲线如图2。
图. 2 理想的放大器AM/AM和AM/PM曲线
2.2 双音IMD 、IP3、P1dB
双音IMD ，在放大器输入端加入两个CW 信号，在放大器的输出端测量的3阶、5阶等信号大小，以dBc 表示。
IP3
IMD 、IP3及P 1dB 定义图示
2.3 ACPR
ACPR 主要应用在象CDMA 这样的宽频谱信号的研究上。
邻道功率（ACP ）定义为当主信道加一信号时，紧邻主信道的两个信道内的功率大小。
邻道功率的产生主要来自两个方面，一是由于器件的非线性作用产生，二是由于主信道信号本身频谱较信道宽。
ACPR 定义为ACP 功率与主信道功率的比值。
图3 邻道功率（ACP ）定义
图4 器件非线性产生的邻道功率
对移动通信的CDMA 信号而言，其IM3（即ACPR ）与IP3的关系可以通过一公式表示。
IP3=-5log[P IM3(f 1,f 2)B 3/P O [(3B-f 1)3-(3B-f 2)3]]+22.2 (dBm)
其中： P IM3(f 1,f 2) 表示要求的IM3的输出功率（W ）
B 表示二分之一CDMA 信号带宽 （KHz ）
f 1,f 2表示两个边带频率相对于中心频率的差值（KHz ）
P O 表示输出功率（W ）
2.4 级联线性功放的IM3计算
功率放大器一般由多级放大组成，在设计时需要计算，级联后的IM3。
以下公式是一经验公式。
时间证明其准确性是很高的。
设功放由两级组成，第一级IM3表示为IM3D ，第二级IM3表示为IM3F ，则级联后的IM3表示为：
IM3=IM3F + 20log[1+10(IM3D-IM3F/20)]
多级放大器以次类推。
根据该公式绘制的IM3恶化曲线如下图。
036912151821242730
01
2
3
4
5
6
789
10IM3
恶化(dB)IM3F-IM3D (dB)
3预失真线性化技术介绍
预失真的线性化技术是各种线性化技术的基础，其它方法是在此基础上进行的更为完善的处理。
然而就原理来说，都没有超越该技术。
预失真原理描述
Fig.3 Amplifier with Adaptive Predistorte。