采用90_分支电桥的C波段预失真线性化器_康力

第10卷 第3期 信 息 与 电 子 工 程 Vo1．10，No．3 2012年6月 INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Jun．，2012

文章编号：1672-2892(2012)03-0278-04 采用90°分支电桥的C波段预失真线性化器 康 力，肖仕伟，蔡钟斌 (中国工程物理研究院 电子工程研究所，四川 绵阳 621900) 摘 要：为了改善功率放大器的三阶交调失真，提出了一种基于90°分支线电桥的C波段预失真线性化器，使用肖特基二极管产生非线性信号。通过改变线性化器的偏置电压及电容，可调整线性化器的增益扩张和相位延迟特性，与功放级联后对功放的三阶交调失真有改善作用。将该线性化器应用到工作频率为7 GHz，饱和功率为20 dBm的放大器上，在输出功率回退5 dBm处对放大器的三阶交调有10 dBc的改善。 关键词：90°电桥；预失真；C波段；线性化器 中图分类号：TN722.75 文献标识码：A

C band predistortion linearizer using a 90° hybrid KANG li，XIAO Shi-wei，CAI Zhong-bin (Institute of Electronic Engineering，China Academy of Engineering Physics，Mianyang Sichuan 621900，China)

Abstract: This paper presents a C band predistortion linearizer using a 90° hybrid, which produces nonlinear signal by a Schottky diode，to modify the distortion caused by the third-order intermodulation of power amplifier．By changing the bias voltage and the capacitance，the gain expansion and phase shift characteristics of the linearizer can be adjustable．By applying this linearizer to a 7 GHz-band amplifier with 20 dBm of saturation output power，the linearizer can improve IMD3 more than 10 dBc when the output power depresses 5 dBm. Key words: 90° hybrid；predistortion；C band；linearizer

随着现代通信技术对功放线性度的要求逐渐提高，单纯通过功率回退的方式来改善非线性度不仅成本较高，而且效果不太理想，通过线性化技术与功率回退相结合的办法，可以克服上述困难，满足功放线性度要求。目前常用的射频线性化技术可以分为3类：反馈技术、前馈技术、预失真技术[1]。其中，预失真技术电路简单，成本

低，效率高，频带宽，失真改善有限，适用于对电源效率、体积大小有一定要求的场合，比如卫星、移动通信设备等[2]。

本文提出了使用肖特基二极管的C波段线性化器，该线性化器具有良好的增益扩张和相位延迟特性，采用90°分支线电桥结构使增益和相位特性调节更加方便，能够很好地补偿固态功率放大器的增益压缩和相位失真[3]。

1 预失真线性化技术原理分析 1.1 预失真线性化器工作原理 预失真线性化技术(见图1)通过产生非线性信号，与功率放大器的非线性分量抵消，减小输出信号中的非线性分量[4]。目前最常使用的预失真技术，主要是改善射频功放的三阶交调失真，通过线性化器产生的三阶交调分量，与射频功放产生的三阶交调分量的相位相差180°，降低固态功放输出信号的三阶交调分量[5]。

predistorterRFin

RFout

gaingain gain

phasephase phase

Pin

P

in Pin

Pin Pin Pin

PA Fig.1 Diagram of predistortion linearization图1 预失真线性化示意图

收稿日期：2011-07-07；修回日期：2011-09-13 第3期 康 力等：采用90°分支电桥的C波段预失真线性化器 279 1.2 预失真线性化原理分析 采用谐波平衡的方法来分析毫米波固态功放的非线性失真，通过引入高阶分量的相移，不仅能得到输出信号的幅度失真，而且能表述输出信号的相位失真，较全面地解释了固态功放的幅度失真及相位失真的原理。 功放中的非线性元件使输出信号产生非线性失真，因此考虑相移因素的功放传递函数为：

32

jj23

in1in2in3in()eefVaVaVaVθθ=+++" (1)

式中：na为n阶信号的幅度；nθ为n阶信号的相位。输入双音信号时的输出信号为：

32

jj2233

out112212312[sin()sin()][sin()sin()]e[sin()sin()]eVaAttaAttaAttθθωωωωωω=++++++" (2)

当输入频率为1ω和2ω的双音信号时，功放输出的主双音信号及三阶交调信号为：

31

32

312

321

j2

131

j2

132

j3

2312j323219(e)sin()49(e)sin()43sin((2))e43sin((2))e4ωωωωωωVAaaAωtVAaaAωtVaAωωtVaAωωtθθθθ−

−

⎧=+⎪

⎪⎪=+

⎪

⎨⎪=−

⎪

⎪⎪=−

⎩

(3)

通过调节线性化器，使线性化器产生的三阶交调信号，与功放的三阶交调信号有180°的相位差，即线性化器产生的三阶交调信号为：

312

321

j3

2312j323213sin((2))e43sin((2))e4ωωωωVaAωωtVaAωωtθθ−

−

⎧=−−⎪⎪

⎨

⎪=−−

⎪⎩

(4)

则线性化器能够抵消功放产生的三阶交调信号，起到改善功放三阶交调失真的作用[6]。

2 线性化器仿真设计 C波段的预失真线性化器电路使用微带形式进

行设计，采用反射式的预失真结构[7]，非线性失真

信号由反向并联肖特基二极管产生，总体结构如图2所示。 该线性化器结构采用Agilent公司的ADS2008进行电路仿真，所使用的二极管为AVAGO公司的HSCH-282C反向并联二极管对，结电容为0.7 pF，

饱和电流为2.2×10–8 A。

图3为不同的偏置电压Ubias下的线性化器AM-AM曲线和AM-PM曲线，通过曲线可以看出，调节不同的偏置电压，线性化器的增益扩张和相位延迟特性不同。图4给出了线性化器中不同电容Cp下的仿真结果比较，偏置电压Ubias=0.4 V不变，通过仿真结果可以看出，不同电容下的线性化器增益特性和相位特性有较大差别。

inputoutputDC-BlockDC-Blockhybrid coupler

Z0 L1

Z0 L

2

SCH-9251

Cp

Ubias

Fig.2 Structure of C-band linearizer 图2 C波段线性化器结构示意图

–15 –10 –5 0 5–16 –12 –8 –180–140–100–600–20 Ubias=0.2 V Ubias=0.3 V Ubias=0.4 V

gain phase

Pin/dBm

Fig.3 AM-AM&AM-PM curves under different voltages

图3 不同偏压下的AM-AM和AM-PM曲线

gain/dB –20–15–10–5 0 5

–30

–26–22–18–14–10–8 –180–140–100–60– –200

gain phase

C=1 C=2 C=3

Pin/dBm

Fig.4 AM-AM&AM-PM curves under different capacitances图4 不同电容下的AM-AM和AM-PM曲线

phase/(°) –20