930-960MHz GSM基站功率放大器设计+PCB图(5)
2.3.3 前馈法
前馈技术源于“反馈”，应该说是一种老技术，除了校准（反馈）是加于输出之外，概念上完全是“反馈”。前馈法的原理框图如图2.5所示。
图2.5 前馈法原理框图
图中A1为待补偿的非线性放大器，A2为辅助放大器，整个电路可以分为主环和辅助环。其工作原理如下：在主环中，输入信号经过耦合器分成两路，一路进入主功率放大器A1，由于其非线性失真，输出端除了有放大的主频信号外，还有各阶交调干扰。从主功放的输出中耦合一部分信号经衰减器调节幅度并与输入信号的另一路（经过幅度、相位调整）经过可变延时的信号在耦合器中叠加，使主频信号完全抵消，只剩下反相的各阶交调分量；在辅助环中，各阶交调分量经相位调整并经辅助放大器A2放大后与经适当延时后的主功放输出信号在耦合器中叠加，抵消主功放的各阶交调分量，从而得到线性的放大信号。
前馈技术作为一种线性化方法的优点有：①和负反馈技术相比，前馈不减小放大器的增益；②前馈克服了延时带来的影响。功放的校准不受放大器幅度延时的影响，在高增益射频功放中通常都存在很大的群延时，这无疑会对一些具有负反馈的系统带来很大的不稳定性[6]；③前馈放大器是无条件稳定的一种装置，不存在不稳定和带宽受限的缺点；④辅助放大器由于只用来处理主放大器的失真信号，因此其功耗很低，完全可以由一个线性度很好的低噪声放大器来组成，这样就降低了整个系统的噪声系数。同样，事物都有其两面性，前馈技术仍然有其不足的一面：①前馈是一种开环电路，所以器件特性随时间的变化不能被补偿。在整个频率范围内，温度和时间的校准精度完全依赖系统内各元件的精度。尤其是在输出抵消环中，在整个频率和温度范围内保持最佳跟踪，仍然是前馈放大器设计中最具有挑战性的课题。②前馈实现的优良指标是用价格换来的。由于放大器的输出需要额外的辅助放大器，而且要求该放大器本身的失真特性应处在前馈环系统的指标上限[8]。系统内不同元件的增益、相位跟踪精确度也必须保证，而且要稳定。因此前馈大大提高了电路设计的复杂程度。
2.3.4 预失真法
功率放大器的自适应预失真线性化技术研究始于20世纪80年代。随着数字移动通信技术的飞速发展，该技术发展也极为迅速。目前该技术主要分为射频预失真和基带预失真两种类型。采用基带预失真方法，适应性较强，而且可以通过增加采样率和增大量化阶数的办法来抵消高阶互调失真，是一种很有发展前景的方法[12]。微波预失真线性化技术的理论研究比较成熟，所以目前采用的比较多。国内外已经有很多文章应用这一方法来改善功率放大器的线性度。
图2.6 预失真原理框图
所谓预失真就是在主功率放大器的前端增加一个预失真级用以改善功率放大器的非线性。预失真法的基本原理框图如图2.6所示。假设双音信号从IN输入，频谱如a，经过正交电桥H1后分成两路，一路经过线性放大器A1放大，频谱如b；另一路经非线性放大器A2，输出频谱如b1。两路信号再由正交电桥A2合成一路输出，调节非线性支路输出端的移相器 ，可以使得b和b1相位相反，从而合成信号频谱如c所示，这就是预失真信号的频谱。此信号输入主功放A3，放大后产生了三阶交调被压缩的，比预失真电路时线性度高的信号频谱d，这就是预失真法的基本原理。其实预失真是开环线性化技术中最常用的方法，它的优点在于不存在稳定性的问题且有更宽的频带。开环系统的校准精度不如闭环系统，预失真技术用于固态功放的AM与PM失真校准是很困难的，只能在闭环校准系统中作为一种补充手段。