线性化技术
L波段行波管预失真线性化技术的研究的开题报告
L波段行波管预失真线性化技术的研究的开题报告一、选题背景在现代通信系统中，高速传输的需求越来越高，而传输中的非线性问题也日益突出，其中非线性失真是产生系统性能下降的主要原因。
行波管作为一种高功率的微波放大器，其输出信号往往会出现非线性失真现象，导致无线信号的带宽和传播距离受限。
因此，如何对行波管进行预失真线性化是非常关键的问题。
本文将研究L波段行波管预失真线性化技术，通过对行波管的预失真来改善其输出信号的质量，从而提高无线通信系统的性能。
二、研究目的和意义行波管的预失真线性化技术作为一种通信系统中重要的信号处理技术，可以有效地抑制行波管带来的非线性失真，并提高信号的传输带宽和传播距离。
研究其预失真线性化技术在L波段的应用，可为无线通信系统提供更高效、更快速、更可靠的通信服务，为实现“5G+”时代的无线通信技术做出积极贡献。
三、研究方法和计划本文的研究方法主要包括：1.对行波管的非线性特性进行实验分析，建立数学模型。
2.探究预失真技术的原理和方法，比较不同预失真技术的优缺点。
3.基于所建立的数学模型，分析不同预失真技术在L波段行波管中的应用，重点研究以数字信号处理为核心的直接数字预失真技术和统计预失真技术。
4.利用matlab等仿真工具对所提出的预失真技术进行仿真分析，比较其效果。
本研究的计划如下：1.第一阶段：查阅大量文献，了解目前行波管预失真线性化技术研究的现状和发展趋势。
2.第二阶段：对行波管的非线性特性进行实验分析，建立数学模型。
3.第三阶段：探究预失真技术的原理和方法，比较不同预失真技术的优缺点。
4.第四阶段：基于所建立的数学模型，分析不同预失真技术在L波段行波管中的应用，重点研究以数字信号处理为核心的直接数字预失真技术和统计预失真技术。
5.第五阶段：利用matlab等仿真工具对所提出的预失真技术进行仿真分析，比较其效果。
6.第六阶段：总结、分析研究结果，撰写毕业论文。
四、预期成果与创新点本研究的预期成果有：1.深入研究和掌握行波管预失真线性化的基本原理和技术应用，为行波管的预失真线性化提供一种新的思路和方法。
射频信道非线性失真对多载波数字通信的影响及常用线性化技术分析
射频信道非线性失真对多载波数字通信的影响及常用线性化技
术分析
射频信道的非线性失真是数字通信系统中重要的问题之一，尤其在多载波通信中更为显著。
非线性失真会造成信号畸变、相位偏移、噪声增加等影响，对系统的性能和可靠性产生影响。
影响：
非线性失真对多载波数字通信的影响主要体现在两方面：系统性能和频谱效率。
非线性失真造成的信号畸变导致误码率增加，降低了系统的数据传输速率和可靠性。
此外，非线性失真还会增加系统的带内噪声，导致频谱效率下降。
常用线性化技术：
为了解决射频信道的非线性失真问题，常用的线性化技术包括预失真、自适应预失真、数字预失真等方法。
预失真法：预失真法通过提前对信号进行逆向畸变处理，使信号被传输到接收端时能够补偿信号由于传输过程中产生的失真。
预失真法主要有模拟预失真和数字预失真两种方式，模拟预失真使用模拟电路对信号进行处理，数字预失真使用数字信号处理器对信号进行处理。
自适应预失真法：自适应预失真法适用于信道中存在时变效应的情况，通过实时测量信道的非线性特性变化，使信号能够适应信道传输过程中的非线性失真。
数字预失真法：数字预失真法使用数字信号处理器精确计算出信号经过通信链路后预计的失真程度，并对信号进行逆向的处理，以实现与预计失真程度的误差最小化。
总之，射频信道非线性失真对多载波数字通信的影响不可忽视。
采用常用的线性化技术对信号进行处理是解决这一问题的有效手段。
自动控制原理反馈线性化知识点总结
自动控制原理反馈线性化知识点总结自动控制原理中，反馈线性化是一种重要的技术手段，用于对非线性系统进行线性化处理，以便于运用线性控制理论进行分析和设计。
本文将对反馈线性化的知识点进行总结。
一、反馈控制的基本原理反馈控制是指系统通过测量输出信号并与期望信号进行比较，从而产生控制信号作用于系统，使其输出信号趋近于期望值。
反馈控制可以提高系统的稳定性、精度和鲁棒性。
二、非线性系统的线性化1. 线性化的概念线性化是指通过近似处理使非线性系统在某一工作点附近表现出线性系统的特性。
线性化可以使非线性系统的分析和设计更加简化。
2. 线性化方法（1）泰勒级数展开法：通过对非线性函数进行泰勒级数展开，并保留一阶或二阶项，得到线性化后的系统模型。
（2）局部仿射变换法：通过适当的仿射变换，将非线性系统线性化为线性系统。
（3）偏微分方程法：对非线性系统的偏微分方程进行线性化处理，得到线性系统的模型。
三、反馈线性化的基本原理1. 概念反馈线性化是指通过设计反馈控制器，将非线性系统转化为线性系统。
2. 反馈线性化的步骤（1）选择工作点：选择一个具有良好控制性能的工作点作为线性化的基准。
（2）线性化建模：使用线性化方法得到系统在工作点附近的线性模型。
（3）设计反馈控制器：设计合适的反馈控制器，使得线性化后的系统具有期望的响应特性。
（4）验证和优化：通过仿真或实验验证线性化的效果，并对控制器进行优化。
四、反馈线性化的应用1. 飞行器控制在飞行器自动控制系统中，应用反馈线性化技术可以将飞行器的动力学模型线性化，从而进行姿态控制、航迹控制等任务。
2. 汽车悬挂系统控制反馈线性化技术可以将汽车悬挂系统的非线性特性线性化，实现对车身姿态的控制，提高汽车行驶的稳定性和舒适性。
3. 机器人控制在机器人的运动控制中，通过反馈线性化技术可以实现对机器人姿态和轨迹的精确控制，提高机器人的定位和导航能力。
五、反馈线性化的优缺点1. 优点（1）能够将非线性系统转化为线性系统，利用线性控制理论进行设计和分析。
电子设计中的电源线性化技术
电子设计中的电源线性化技术电源线性化技术在电子设计中起着非常重要的作用，它能够帮助我们减小电源噪声、提升系统性能、改善信号质量等。
下面我们将深入探讨电子设计中的电源线性化技术及其应用。
首先，电源线性化技术主要是针对电源系统中可能存在的不稳定、不纯净的直流电进行处理，以保证直流电的稳定性和纯净性。
在电子系统中，电源的稳定性对系统整体性能有着至关重要的影响。
由于电源可能受到外部干扰、电磁干扰、载波干扰等影响，因此需要采用一些线性化技术来提高电源的稳定度。
一种常见的电源线性化技术是采用线性稳压器。
线性稳压器能够将输入电压的波动降低到一个较小的幅度，从而提供一个稳定的输出电压给后续的电路使用。
它通过负反馈原理来实现对输出电压的调节，保证输出端处于稳定状态。
而且线性稳压器的响应速度比较快，可以很好地抑制电源噪声。
另外，还有一种常见的电源线性化技术是使用滤波器。
滤波器可以滤除电源中的高频噪声，提高电源的纯净度。
在设计中，可以采用LC滤波器、π型滤波器等来实现对电源的滤波处理。
这些滤波器可以有效降低电源波动和噪声，提高系统的可靠性和稳定性。
此外，还有一些高级的电源线性化技术，如使用开关稳压器、集成电源管理芯片等。
开关稳压器相对于传统的线性稳压器，在效率和性能上有较大的提升。
它能够通过PWM控制来实现更高的效率和更快的响应速度。
而集成电源管理芯片集成了多种功能，如电压监测、电流限制、短路保护等，可以提供更全面的电源管理功能。
在电子设计中，选择适合的电源线性化技术非常重要。
不同的应用场景需要不同的电源线性化技术来进行处理。
在设计之初，需要充分考虑系统的稳定性、功耗、成本等因素，选择最合适的电源线性化技术。
同时，在实际应用中，还需要对电源进行充分的测试和验证，以确保系统的稳定性和可靠性。
总的来说，电源线性化技术在电子设计中扮演着重要的角色。
通过合理选择和应用电源线性化技术，可以提高系统的性能和可靠性，为电子产品的发展提供更好的支持。
功率放大器的线性化技术
02 功率放大器线性化的技术 分类
前馈线性化技术
前馈线性化技术通过引入一个额外的反馈环路，将功率放 大器的输出信号反馈到输入端，与原始输入信号进行比较 和调整，以消除非线性失真。
前馈线性化技术具有较高的线性化效果，但需要精确的信 号匹配和调整，因此实现难度较大。
反馈线性化技术
01
反馈线性化技术通过将功率放大 器的输出信号反馈到输入端，并 利用负反馈原理对输入信号进行 修正，以减小非线性失真。
多项式预失真技术通过使用多项式函数来描述功率放大器的非线性特性。预失真器通过 调整多项式的系数来产生补偿信号，以抵消功率放大器的非线性。这种方法的优点是精
度高、计算复杂度低，但需要实时计算多项式函数，可能影响实时性能。
预失真线性化技术的优缺点
优点
预失真线性化技术具有较高的线性度和较低 的成本，适用于各种类型的功率放大器。此 外，由于预失真器位于功率放大器之前，因 此可以避免功率放大器内部的热损耗和可靠 性问题。
。
模拟预失真
适用于对实时性要求较高的系 统，能够快速响应信号的变化 ，但线性化效果可能略逊于数 字预失真。
前馈线性化
通过引入额外的反馈环路，降 低功率放大器的非线性失真， 适用于对噪声和失真性能要求 高的系统。
基带扩展
通过在基带信号上添加适当的 调制，改善功率放大器的线性 范围，适用于宽带信号传输系
多载波技术
通过将信号分割成多个子载波，降 低单个载波的幅度，减小非线性失 真。
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复合反馈技术则是结合前馈和反馈技术的优点， 通过引入前馈和反馈两个环节来进一步改善功率 放大器的线性度。
反馈线性化技术的优缺点
电磁阀的线性化控制技术研究
电磁阀的线性化控制技术研究近年来，随着自动化领域的不断发展，电磁阀在机械自动控制系统中扮演着重要的角色。
而电磁阀的线性化控制技术则是电磁阀控制技术的重要一环，其在提高自动化机械的精度、响应速度和稳定性等方面具有不可替代的作用。
电磁阀是一种基于电磁原理工作的机电元件，通过电磁感应作用产生磁场，从而带动传动机构实现机械运动。
传统的电磁阀控制技术通常采用PWM调制和PID控制等方法，但是这种控制方式仅能实现阀的二值控制，无法精确控制阀的输出流量和压力等参数。
这就要求我们需要开发一种更为精确、线性的电磁阀控制技术，以满足工业自动化的具体需求。
电磁阀的线性化控制技术是指将阀门的流量、压力等物理量线性地与电流或电压相对应，以实现对流量、压力等输出参数的精确控制。
其中，线性化控制的关键在于建立阀门行为的数学模型，使得该模型具有精确的线性属性和良好的控制特性。
针对不同类型的电磁阀，我们需要采用不同的模型建模和控制算法，以实现最佳的控制效果。
以流量为例，电磁阀的流量输出通常与阀门开度呈非线性关系。
为了线性化控制阀门的流量输出，我们需要通过前馈和反馈控制相结合的方式，对阀门进行控制。
具体来说，我们需要通过前馈控制方式获取阀门工作状态，包括阀门的开度、时间等参数，并根据这些参数来控制阀门的输出流量；同时，我们也需要采用反馈控制技术对输出流量进行监测和调整，以消除由于系统误差等因素导致的偏差。
在电磁阀的线性化控制技术中，PID反馈控制往往是最为常见和有效的控制算法。
PID控制算法可以通过对误差信号进行比例、积分和微分控制，来实现对系统状态的精确调节。
通过PID反馈控制算法，我们可以精确控制电磁阀的输出参数，使其具有更高的精度、响应速度和稳定性。
除了PID反馈控制算法，还有一些其他的控制算法也适用于电磁阀的线性化控制技术。
例如，模糊控制算法可以通过定义一组模糊集合来达到控制目的；神经网络控制算法则可以通过训练神经网络，学习电磁阀输出特性来实现控制。
线性化
2.9.2 数字线性化 数字化之后,主要的 线性化技术包括存储器 和一些计算方法. 例： 构成： 1 R/V变换 2 A/D 3 地址锁存 4 EEPROM非线性校正 结论 (1) (2) 其他方法:
2.9.3 模拟线性化 1.无源线性化 特点: 方法： 1)湿敏无源线性化电路
多元线性化
2) 热敏电阻无源线形化 A热敏电阻与电阻的串联
灵敏度温度补偿的常用方法： 方法1：根据灵敏度与激励电源有关，当温度改变 时调整供电电源的方法来补偿。 举例：
方法2: 是调整桥路电阻的温度系数
方法3: 使接口电路的增益随温度变化 方法4: 利用数学算法进行温度补偿
2.11 传感器接口电路设计 设计依据： （１）敏感元件 （２）信号传输、处理、记录、显示和控制等要求。
2.11.1. 设计传感器接口电路需解决的问题 设计接口电路，首先要解决的问题： （1）测量的是何量? （2）选用的何敏感元件? （3）需要传感器输出是何形式？ 根据上述情况，选择、设计接口电路或系统。
需考虑的问题：(P69) （1）精、灵、稳，温度范围； （2）输出方式、能力； （3）敏感元件的误差源； （4）偏置和线性化方法； （5） 激励源； （6）功能扩展； （7）数学算法。
2.11.2 传感器接口电路设计实例 [例]设计一个数字温度计，测量范围0~100℃，精度 1.0 ℃以内，可以远距离测量。仪器附近的环境温度 范围：25 ℃±15 ℃。 1.敏感元件的选择
2.放大器和偏置的选择
2.9 线性化 2.9.1 线性化的概念 线形化：对于传感器，如果输出与输入非线性不 太大，在输入量变化范围不大的条件下，可以用切线 或割线等直线近似代表实际曲线的一段，这称为线性 化。所采用的直线成为拟合曲线或工作直线。 分类： 无源性线化 有源线性化(按使用的元件) 数字线性化 模拟线性化(按线性化所处的阶段)
质粒线性化
质粒线性化
质粒线性化是一种分子遗传学技术，它可以分子组装一个基因组质粒（称为“关联质粒”），以短片段和其他链接片段的形式标记和复制，以及生物学实验中基因组质粒之间
的物理连接在一起。
质粒线性化可以解决任何基因组中，任何连接片段和序列之间传递信
息的问题。
质粒线性化是基因组研究中非常重要的技术，它可以帮助人们理解基因组背后的复杂
连接关系。
例如，运用质粒线性化可以在研究某种基因的功能时发现与其有关的结构和序列。
同时，质粒线性化也可以为人们提供一种获得变异基因的有效方法，在研究遗传病及
其机制方面具有重要作用。
质粒线性化技术通常采用假定简化连接关系的方式来实现，因此从基因组出发，实际
上是从一个线性序列化质粒出发，而不是一个更加复杂的网状结构。
通常，这些线性序列
化质粒会通过基因分析软件或基因编辑工具编写和编辑，以及有些其他方式来生成线性质粒，进一步的理解和预测基因的功能。
质粒线性化技术也能用于促进基因治疗，可以利用新的质粒线性化技术来建立沉默特
定基因的方法。
此外，质粒线性化技术也被广泛用于制药和蛋白质工程中，以精确修改和
表达基因，使它们具有更高的可控性和设计性。
随着质粒线性化技术的日趋成熟，它将为
基因分析提供更加详细的结构和连接信息，以及更好的分子模型，来实现可行的基因改造。
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◆ 负反馈法(feedback)：(差频反馈、失真反馈、包络反馈、笛卡尔反馈、极化反馈等）
负反馈是将功率放大器输出的非线性失真信号反馈到输入端，与原输入信号共同作为功率放 大器的输入信号，以减少功率放大器的非线性。
◆前馈法（feedforward)： (双环、多环、附加环等）
前馈技术是把主功放失真信号提取出来，并用误差环路把其放大，在功放输出端进行反相功 率合成，从而达到把主功放失真频谱功率抵消的效果。
应用特点 方法类 型 直 接 积 分 法 散 射 法 外 推 法 主要内容 用电容上的电压、电感上的 电流、非线性电阻和受控源 的控制变量来描述电路;由希 尔霍夫定理建立电路的时一 域状态方程，然后用积分的 方法直接在时一域内求解。 建立电路的时一域状态方程 后，利用寻优过程找出适当 的起始条件，从而跳过瞬态 过程直接求稳态解。 利用积分法算出电路在一些 周期倍数时间点上的响应， 再用适当的数学外推得出稳 态解。 多频输入相应 分析
非线性放大器的数学模型
SSPA模型
SSPA模型只描述了增益的非线性
反正切模型
Vout
2
Vs arctan (Vin V0 ) Vd
Vin、VouT分别是输入、输出信号的幅度，α、Vin、V0、Vd是模型中的四个待定参数。
非线性放大器的数学模型
vL (t )
Volterra级数 准确度高、计算量大
POUT(dBm) OIP3 IP3
P1dB
1dB IMD Pout(2f1-f2) 1 1 1 3 dR
Pout.mds PIN(dBm) Pin.mds IIP3
非线性放大器的数学模型
无（非）记忆放大器模型 在窄带应用中，PA的非线性通常可以用幅度失真(AM-AM)和相位失真(AM-PM)来 描述，它们都只是输入信号幅度的函数，与输入信号的包络频率无关。此时PA为无记 忆性的，即PA的输出只取决于瞬时的输入。
应用特点 方法类型 主要内容 强非线性分析 多频输入相应 分析 当给定幂级数 的具体描述形 式和输入的频 域表示式，就 可用频域表示 输出；在数值 分析中应考虑 适当截取频率 成份。
广义幂 级数法 全 频 域 分 析 法 Volterra 级数法
把电路分为线性和非线性两 部分，令其公共节点上同一 节点电压的节点电流在何一 频率都是连续的来确定稳态 解；线性网络中的节点电流 用频域电路方法求解；非线 性器件用广义幂级数表示。
衰减器3
衰减器3
要求非线性能 够用单变量的 广义幂级数展 开，应用上受 到一定限制
用不同阶次的Volterra级数描 述非线性器件的特性，通过 多维傅立叶变换求出其各阶 Volterra传输函数，从而计算 出不同激励下的响应。
当Volterra非线 性传递函数高 于三阶时，有 关的代数运算 过于复杂且可 能不收敛，不 适用于强非线 性电路分析。
小结
线性化技术 RF 带宽 线性提高程度 效率 复杂程度/风险 功率回退 宽 高 低 低
RF直接反馈
窄→一般
弱
低
一般
包络反馈
一般
低
一般
低
包络消除与恢复
窄
一般
高
一般
极化环
窄→一般
高
高
高
笛卡尔环
窄→一般
高
高
一般→高
前馈
宽
一般
低
一般
前馈（附加环）
宽
高
低
高
模拟预失真
一般
低
高
一般
数字预失真
宽
一般
高
高
非线性发生器
2
2
1 2 1 Re Z L (21 2 ) VS H 3 (1 , 1 , 2 ) vo3YL (21 2 ) 2 2 2 Z L (21 2 )
双音测试信号
2
H ( , ) IM 2 20 lg VS 2 1 2 H1 (1 )
强非线性分析
全 时 域 分 析 法
非线性的强弱 不影响分析问 题所需计算机 的时间和内存， 不会引起发散， 适用于分析开 关电 路等非线性电 路响 应分析。
由于多频激励 的响应是周期 信号，在整个 周期或多个周 期内对状态方 程进行积分运 算或利用FFT 转换到频域计 算都很费时。
非线性分析方法（2）
非线性放大器的数学模型
k Vout (t ) ak vm (t ) k 0 N
Taylor级数
式中ak是常系数。用Taylor级数描述功率放大器的非线性物理含义比较明确， 下标k指明了谐波阶次，增加谐波项数N可有效提高模型的数度。但Taylor级 数模型仅描述了功率放大器的AM-AM失真特性，不能体现出AM-PM失真。
记忆放大器模型 随着输入信号带宽的增加，功率放大器会逐步明显地表现出记忆性非线性行为。 级记忆性非线性是指PA的输出不仅取决于瞬时的输入，还与之前时间的输入有关。其 表现在于不同频率处表现出的失真特性不同，并且输出频谱不再具有对称性。
产 长时间(温度)记忆效应，主要是由有源器件的自热引起。 生 原 短时间(电)记忆效应，主要由有源器件、匹配网络和偏 置网络的包络频率相关特性引起。 因
计算效率较高， 更适用于分析 多频响应
非线性分析方法（3）
应用特点 方法类 型 主要内容 强非线性分 析 多频输入相 应分析
线性网络中的节点电流用 频域电路方法求解；非线 对于强非线 性器件用广义幂级数表示； 性必须取基 非线性部分在时域分析； 波的许多次 时 谐波 当给定输入频域电压时， 谐波分量来 / 平衡 先用傅立叶变换将其转换 模拟，使计 频 法 为时域信号，用时域法计 算时间大增 域 算非线性网络的时域电流， 并有可能发 混 再用傅立叶变换将其转换 散 合 到频域，最后计算各谐波 分 的平衡误差 析 法 改进 利用各种方法提高HB法的 相对于一般 的谐 效率和精度。如广义傅立 的HB法有不 波平 叶变换求最小二乘意义下 同程度的改 衡法 的近似解可提高效率等 善
Hammerstein模型 由同样两个模块组成的Hammerstein模型可以称为Wiener模型的倒置模型。 在H模型中信号先通过无记忆非线性模块输出后再进入线性时不变系统模块。 W-H模型 这种模型通常适合于卫星通信中的功率放大器，卫星通信转发器因为对下行 链路信号强度的要求较高，一般其功率放大器都工作在饱和区域。
一般→宽
低
高
一般→高
第三部分：功放线性化ADS仿真
• 提出一种前馈和反馈相结合的RF功放线性化方案。
• 利用ADS搭建顶层原理框图，通过仿真分析线性化技 术的关键点及难点
耦合器1
延时线2
耦合器2 输出
主放大器
衰减器1 输入
相移器2
第一环路
功分器 相移器1
第二环路
衰减器2
延时线1
合成器
辅助放大器
H ( , , 2 ) IM 3 20 lg VS2 3 1 1 H1 (1 )
3 2 Re( Z ) H1 (1 ) L IP3 20lg 30dBm 3 Z L 2 H 3 (1 , 1 , 2 )
非线性分析方法（1）
主要类容
• 非线性电路的一些基础知识，及射频功放的非线性建 模。 • 在查阅文献基础上，对各种线性化技术进行分类和比 较。 • 例举各种线性化技术的应用实例，并利用ADS技术进 行仿真分析。 • 讨论：在各种线性化技术中选定一种（多种技术综合） 进行深入研究。 • 总结
第一部分：基础知识
放大器的失真
h ( )v (t )d h ( ,
1 1 s
)vs (t 1 )vs (t 2 ) d 1d 2
h ( ,
, 3 )vs (t 1 )vs (t 2 )vs (t 3 ) d 1d 2 d 3
Blum-Jeruchim模型
FFT A(m∆t,P) Inverse FFT
D1(t) D(t)
x(t)
Average Power detector
x(f)
D1(f)
IMD noise generator
Average power,P
D2(t)
非线性放大器的数学模型
Wiener模型 由线性时不变系统模块和无记忆非线性模块组成的Wiener模型.
◆预失真法（predistortion)： (RF and IF 预失真、基带预失真环等）
所谓预失真法就是在功率放大器前增加一个非线性电路用于补偿功率放大器的非线性。
◆单管（二极管）预失真器（single-diode predistorter) ◆反向并联二极管对预失真器(Anti-parallel diode-based) ◆FET预失真器(FET-based predistorter) ◆谐波预失真器(predistortion using harmonics)
关于数学模型的讨论
放大器的数学模型多种多样，主要流行的模型有 Taylor,Volterra,Saleh,W-H等。 能否提出新的简洁的功放模型是功放线性化模块提高 效率、控制成本及提高线性度的关键。 功放的数学模型仅仅是从数学的方式去模拟（逼真） 功放的非线性失真。更根本的线性化方式应该从功放 的失真机理入手，即需提出更合理、更简化的物理等 效模型。
在线性化的工程应用中，均是在典型的非线性物理模 型的基础上采用模拟或数字的方式对非线性器件进行 补偿而得到线性化的器件。
第二部分：线性化技术
线性化技术的分类
◆ 功率回退法（backoff)：
功率回退法就是把功率放大器的输入功率从1dB压缩点向后退几个分贝，工作在远小于1dB 压缩点的电平上。