超线性功放线性化的设计方案

输入信号经过3dB电桥分成两路，0°端作为主信号经过延时线送入合成的3dB电桥;-90°端作为误差信号的产生端再经过一个3dB的电桥，这里的0°端产生失真信号，通过调节放大管FP2189的偏压使其互调分量非常的大，经过移相器调节相位准备于主信号对消，-90°端首先通过衰减器调节幅度在通过偏压调节非常好的FP2189使其产生非常好的互调信号，这样在通过合成电桥的-90°端口，从而使得主信号与误差信号相差-180°，从而使得产生互调信号的部分去除主信号只保留误差信号。在通过调节衰减器和移相器使其相位与通过延时线的主信号相位相差-90°，从而借助另一个3dB合成电桥的-90°端实现主信号与失真信号相位相差-180°，也就意味着失真信号倒相，从而在主功放放大的过程中对消主信号的互调分量。

上述预失真信号的产生是本项目的第一个技术难点，但是经过尽两个月的试验，已经完成论证了该方法的可行性，如前所述，对于2.14GHz的600KHz双音信号互调可以改善15dB以上，对于1.28MHz的CDMA调制信号，ACPR可以改善10dB以上。

2.2、前馈单元

上述预失真方案经过试验验证，可以改善互调15dB,ACPR改善10dB,这样可以改用小一些的管子推出大的功率。但是这还并不能达到超线性的要求(即-70dBc)，因此，再次引入前馈的方法进一步改善线性。如果单纯使用前馈的方法，对于误差功放的功率要求要高，因为主功放的互调产物较高，这样在误差功放处必须能推出大的功率才可以抵消掉。所以，增加了误差功放的价钱并降低了效率。但是，如果在主功放前增加预失真单元，就可以大大降低互调产物，减轻误差功放的要求，提高效率。

前馈部分的原理框图如图4所示

图4 前馈原理图

输入信号经过主功放放大，由于主功放的非线性，将有互调分量产生。通过耦合器将经过放大的主信号与输入信号进行相减，从而使得放大后的主信号仅仅有失真信号，将失真信号通过误差放大器进行放大，使其幅度与主信号的互调产物幅度相同，再通过移相器和衰减器的调节，使其与主信号相位正好相差-180°，从而抵消掉主信号中的互调产物，进一步改善功放的线性度。

实际设计中，如果一级环路抵消效果不理想，达不到-70dBc的超线性要求，可以考虑继续增加环路，进一步抵消失真信号。

2.3、闭环自适应单元

预失真单元和前馈部分均可以大幅度改善功放整体的线性化程度，但是经过试验论证，他们的对消效果会受到信号的幅度和相位的影响。如果对消的两路信号相位相差超过2°，以及两路信号的幅度相差超过5dB,其改善效果将非常差。但是，由于功放本身将会收到诸如环境温度的变好、输入信号的强弱的变化等诸多因素的影响，因而必须要求我们的功放能自动适应各种环境的应用。所以，为了满足上面提出的要求，整个系统必须具有自适应单元，通过根据环境的变化自动调整各个参数，从而保证功放工作在超线性。

闭环自适应单元将是整个项目的难点。一方面需要受控的参数非常多，可获取的输入信号又非常的少，同时，整体数学模型很难建立，无法用数学模型描述输入与输出之间的关系。另一方面，从输入信号发生变化到输出信号的时间延迟大约20ns以内，这就要求整个算法必须在20ns完成由输入到输出的计算，也就是说要求算法的实时性非常高。

算法的出发点将是根据查表法，通过试验获取大量在不通环境下所获取的移相器和衰减器的控制电压，以此作为样本，设计一款神经网络机器。通过大量的样本训练该神经网络，使其具有根据环境变量以及输入功率等因素快速的决定各个衰减器和移相器的控制电压。最终该神经网络机器将在FPGA中实现。

试验数据的获取将用PC机设计一款能够操作信号源以及频谱仪的程序，将功放放入高低温箱中做高低温试验，同时调节输入功率的大小，并设计一个收索算法，通过上位机自动完成试验的过程，获取大量的试验样本，从而对神经网络在MATLAB上进行训练。并最终在FPGA中实现。

以上目前只是一种假设，闭环自适应算法将是整个超线性功放的难点，将会花大量时间在这里收集资料，尝试各种方案，最终提出并设计一个最适合的实现方案。因此，在这里可能会花费大量的时间和精力。

3、超线性功放产品实现方案

图5 预失真+主功放实现方案

图6 预失真+前馈+主功放方案

4、超线性功放关键技术问题

带宽问题。

随着频率的增高，相位和时延均会发生变化，这就要求在整个频带内各个模块的频响特性要一致。

抵消问题。

预失真和前馈的根本出发点都是信号的对消问题，也就是说让两个信号在相位上相差180°，如果相位相差