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随着无线通信技术的发展,高线性度和高效率的行波管功率放大器才能够满足大容量、高速率的信息传输要求。目前行波管功率放大器在大部分卫星通信电路(例如:卫星转发器)中起着重要作用。在饱和状态下,行波管功率放大器可以保证较高的功率输出,但此时线性特性较差。对于单独的行波管来说,为了防止传输信号在功率放大时的非线性失真,可以利用功率回退的方法来避免非线性失真现象,但这会降低效率。针对以上问题,预失真技术的引入可以一定程度上改善行波管的非线性失真,在保证良好线性度的同时具有较高的功率和效率。但是以往针对行波管功率放大器的预失真技术仍存在不足之处,一方面射频预失真器在调节的过程中增益和相位扩张量的调节相互影响,很难保证增益和相位同时满足线性化指标的要求,给线性化带来一定的困难;另一方面与固态功率放大器相比,行波管功率放大器工作在接近饱和区时非线性失真更为严重,限制了目前常用的针对固态功率放大器的自适应数字预失真方法在行波管功率放大器的线性化工作中的应用效果。针对以上困难,本论文主要从行波管功率放大器的射频预失真技术和数字预失真技术两方面展开工作,具体工作如下:
1.基于行波管功率放大器的无记忆模型和有记忆模型,讨论了行波管功率放大器的实际非线性失真的特点,并给出了双音测试、ACLR测试和NPR测试三种非线性失真评估的方法,另外介绍了三种常用的线性化补偿方法。
2.通过对常用射频和数字预失真技术进行分析,讨论射频预失真器由于有限精度引起的误差以及调节过程中增益和相位同时变化对行波管功率放大器非线性失真改善的影响。另外从理论上分析针对固态功率放大器的自适应数字预失真方法在行波管功率放大器的线性化工作中效果不佳的原因。
3.提出了一种射频预失真电路,在对增益扩张量进行调节控制的同时能够保证对其相位扩张量影响较小,通过ADS软件仿真以及实际电路实验验证了该预失真电路的增益和相位扩张效果。在额定输入功率范围内,行波管功率放大器增益和相位压缩可以分别从6dB,45.8°改善到1dB,5°以内。并且对预失真电路进行高低温测试,利用温度补偿偏置电路,预失真电路可以在-20℃到+75℃的温度范围内正常工作。
4.如果将针对固态功率放大器的自适应数字预失真方法应用在行波管功率放大器的线性化工作中,较低的采样带宽将直接影响自适应数字预失真算法的线性化效果,而较高的采样带宽又会大大的增加自适应预失真系统的成本。针对上述问题,结合射频预失真与数字预失真技术设计研制了一种宽带自适应预失真电路,在X波段行波管平均输出功率仅需回退约1dB时,对应的ACLR可改善到约45dBc,与理想功率放大器ACLR指标接近。
5.通过查找表与多项式技术相结合,设计实现了全数字宽带自适应预失真电路。通过矢量信号发生器和频谱分析仪组成的测试平台,证实了这种全数字方案在行波管平均输出功率仅需回退约1dB时,对应的ACLR同样可改善到约45dBc,达到射频预失真与数字预失真相结合方案类似的线性化效果,同时可以避免采用射频预失真技术,减小了电路系统的复杂性。