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線性放大器

射頻功率放大器的非線性失真會(huì)使其產(chǎn)生新的頻率分量,如對(duì)于二階失真會(huì)產(chǎn)生二次諧波和雙音拍頻,對(duì)于三階失真會(huì)產(chǎn)生三次諧波和多音拍頻。這些新的頻率分量如落在通帶內(nèi),將會(huì)對(duì)發(fā)射的信號(hào)造成直接干擾,如果落在通帶外將會(huì)干擾其他頻道的信號(hào)。為此要對(duì)射頻功率放大器的進(jìn)行線性化處理,這樣可以較好地解決信號(hào)的頻譜再生問題。

  1、英文名稱

        linearamplifier

  2、功能用途

        線性放大器IC各種電子產(chǎn)品不可缺少的部分,如何設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的電子產(chǎn)品,除了要求總體方案最佳外,放大器設(shè)計(jì)得是否合理可靠直接影響整個(gè)電子產(chǎn)品的系統(tǒng)性能。

  本儀器是一種標(biāo)準(zhǔn)核儀器插件,它插入FH0001型插件機(jī)箱,主要用于閃爍探測(cè)器、正比計(jì)數(shù)管、裂變室及半導(dǎo)體探測(cè)器等輸出信號(hào)的成形和放大,除具有FH1001A,F(xiàn)H1002A放大器的一般特性外,還具有更好的線性和穩(wěn)定性.因此是取代以上兩種放大器的新NIM插件。

  3、定義

        輸出信號(hào)幅度與輸入信號(hào)度成正比的放大器。將輸入信號(hào)放大到需要功率電平的線性放大器稱為線性功率放大器,要求它的非線性失真最小,其互調(diào)要在-30dB以上。

  4性能指標(biāo)

        1.放大倍數(shù):5~750倍連續(xù)可調(diào)。

  2.放大倍數(shù)的長期穩(wěn)定性:≤0.1%。

  3.放大倍數(shù)的溫度穩(wěn)定性:≤0.02%/℃。

  4.積分非線性:≤0.2%。

  5.折合到輸入端的噪聲:≤10μV。

  6.過載:過載200倍,在2.5倍非過載脈沖寬度處恢復(fù)至基線的2%。

  7.輸入極性:正或負(fù)。輸出極性:正輸出阻抗50Ω。

  8.成形時(shí)間常數(shù):0,0.5,1,2,3,4,5,6μS。

  9.儀器在相對(duì)濕度為90%(30℃)條件下能正常工作。

  10.運(yùn)輸試驗(yàn):在加速度為(1~1.2)x9.8m/s2頻率為20~40Hz的條件下,進(jìn)行運(yùn)輸模擬試驗(yàn)8小時(shí)后應(yīng)能正常工作。

  5、使用環(huán)境

        溫度范圍:0~50℃

  相對(duì)濕度:≤90%(在40℃)

  供電電源:±24V,30mA,±12V,10mA,2W

  6線性化

        射頻功率放大器的非線性失真會(huì)使其產(chǎn)生新的頻率分量,如對(duì)于二階失真會(huì)產(chǎn)生二次諧波和雙音拍頻,對(duì)于三階失真會(huì)產(chǎn)生三次諧波和多音拍頻。這些新的頻率分量如落在通帶內(nèi),將會(huì)對(duì)發(fā)射的信號(hào)造成直接干擾,如果落在通帶外將會(huì)干擾其他頻道的信號(hào)。為此要對(duì)射頻功率放大器的進(jìn)行線性化處理,這樣可以較好地解決信號(hào)的頻譜再生問題。射頻功放基本線性化技術(shù)的原理與方法不外乎是以輸入RF信號(hào)包絡(luò)的振幅和相位作為參考,與輸出信號(hào)比較,進(jìn)而產(chǎn)生適當(dāng)?shù)男U?。?shí)現(xiàn)射頻功放線性化的常用技術(shù)有三種:功率回退、預(yù)失真、前饋。

   功率回退

  這是最常用的方法,即選用功率較大的管子作小功率管使用,實(shí)際上是以犧牲直流功耗來提高功放的線性度。

  功率回退法就是把功率放大器的輸入功率從1dB壓縮點(diǎn)(放大器有一個(gè)線性動(dòng)態(tài)范圍,在這個(gè)范圍內(nèi),放大器的輸出功率隨輸入功率線性增加。隨著輸入功率的繼續(xù)增大,放大器漸漸進(jìn)入飽和區(qū),功率增益開始下降,通常把增益下降到比線性增益低1dB時(shí)的輸出功率值定義為輸出功率的1dB壓縮點(diǎn),用P1dB表示。)向后回退6-10個(gè)分貝,工作在遠(yuǎn)小于1dB壓縮點(diǎn)的電平上,使功率放大器遠(yuǎn)離飽和區(qū),進(jìn)入線性工作區(qū),從而改善功率放大器的三階交調(diào)系數(shù)。一般情況,當(dāng)基波功率降低1dB時(shí),三階交調(diào)失真改善2dB。

  功率回退法簡單且易實(shí)現(xiàn),不需要增加任何附加設(shè)備,是改善放大器線性度行之有效的方法,缺點(diǎn)是效率大為降低。另外,當(dāng)功率回退到一定程度,當(dāng)三階交調(diào)制達(dá)到-50dBc以下時(shí),繼續(xù)回退將不再改善放大器的線性度。因此,在線性度要求很高的場(chǎng)合,完全靠功率回退是不夠的。

    預(yù)失真

  預(yù)失真就是在功率放大器前增加一個(gè)非線性電路用以補(bǔ)償功率放大器的非線性失真。

  預(yù)失真線性化技術(shù),它的優(yōu)點(diǎn)在于不存在穩(wěn)定性問題,有更寬的信號(hào)頻帶,能夠處理含多載波的信號(hào)。預(yù)失真技術(shù)成本較低,由幾個(gè)仔細(xì)選取的元件封裝成單一模塊,連在信號(hào)源與功放之間,就構(gòu)成預(yù)失真線性功放。手持移動(dòng)臺(tái)中的功放已采用了預(yù)失真技術(shù),它僅用少量的元件就降低了互調(diào)產(chǎn)物幾dB,但卻是很關(guān)鍵的幾dB。

  預(yù)失真技術(shù)分為RF預(yù)失真和數(shù)字基帶預(yù)失真兩種基本類型。RF預(yù)失真一般采用模擬電路來實(shí)現(xiàn),具有電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于高頻、寬帶應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)是頻譜再生分量改善較少、高階頻譜分量抵消較困難。

  數(shù)字基帶預(yù)失真由于工作頻率低,可以用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn),適應(yīng)性強(qiáng),而且可以通過增加采樣頻率和增大量化階數(shù)的辦法來抵消高階互調(diào)失真,是一種很有發(fā)展前途的方法。這種預(yù)失真器由一個(gè)矢量增益調(diào)節(jié)器組成,根據(jù)查找表(LUT)的內(nèi)容來控制輸入信號(hào)的幅度和相位,預(yù)失真的大小由查找表的輸入來控制。矢量增益調(diào)節(jié)器一旦被優(yōu)化,將提供一個(gè)與功放相反的非線性特性。理想情況下,這時(shí)輸出的互調(diào)產(chǎn)物應(yīng)該與雙音信號(hào)通過功放的輸出幅度相等而相位相反,即自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊就是要調(diào)節(jié)查找表的輸入,從而使輸入信號(hào)與功放輸出信號(hào)的差別最小。注意到輸入信號(hào)的包絡(luò)也是查找表的一個(gè)輸入,反饋路徑來取樣功放的失真輸出,然后經(jīng)過A/D變換送入自適應(yīng)調(diào)節(jié)DSP中,進(jìn)而來更新查找表。

    前饋

  前饋技術(shù)起源于“反饋”,應(yīng)該說它并不是什么新技術(shù),早在二三十年代就由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室提出來的。除了校準(zhǔn)(反饋)是加于輸出之外,概念上完全是“反饋”。

  前饋線性放大器通過耦合器、衰減器、合成器、延時(shí)線、功分器等組成兩個(gè)環(huán)路。射頻信號(hào)輸入后,經(jīng)功分器分成兩路。一路進(jìn)入主功率放大器,由于其非線性失真,輸出端除了有需要放大的主頻信號(hào)外,還有三階交調(diào)干擾。從主功放的輸出中耦合一部分信號(hào),通過環(huán)路1抵消放大器的主載頻信號(hào),使其只剩下反相的三階交調(diào)分量。三階交調(diào)分量經(jīng)輔助放大器放大后,通過環(huán)路2抵消主放大器非線性產(chǎn)生的交調(diào)分量,從而了改善功放的線性度。

  前饋技術(shù)既提供了較高校準(zhǔn)精度的優(yōu)點(diǎn),又沒有不穩(wěn)定和帶寬受限的缺點(diǎn)。當(dāng)然,這些優(yōu)點(diǎn)是用高成本換來的,由于在輸出校準(zhǔn),功率電平較大,校準(zhǔn)信號(hào)需放大到較高的功率電平,這就需要額外的輔助放大器,而且要求這個(gè)輔助放大器本身的失真特性應(yīng)處在前饋系統(tǒng)的指標(biāo)之上。

  前饋功放的抵消要求是很高的,需獲得幅度、相位和時(shí)延的匹配,如果出現(xiàn)功率變化、溫度變化及器件老化等均會(huì)造成抵消失靈。為此,在系統(tǒng)中考慮自適應(yīng)抵消技術(shù),使抵消能夠跟得上內(nèi)外環(huán)境的變化。

  7、放大器

        判斷非線性與線性的的標(biāo)準(zhǔn)可以是:對(duì)放大器使用一個(gè)固定頻率f1和電平的輸入,觀測(cè)放大器的輸出,如果其輸出含有額外的頻率成分(一般是其諧波2f1,3f1...)則該放大器是非線性的。

  從實(shí)際上來說,任何放大器其線性區(qū)/非線性區(qū)取決于輸入信號(hào)電平。當(dāng)輸入信號(hào)電平大于一定值(P1dB)其輸出的非線性頻率成分會(huì)急劇增加。為了減少非線性產(chǎn)物一般要求輸入信號(hào)低于放大器P1dB3~6dB。

  這里還有一個(gè)信號(hào)調(diào)制方式的問題,比如GMSK調(diào)制信號(hào)的PAR(峰值/均值)~=0dB,其放大器對(duì)線性要求就比較低,因?yàn)槠湫盘?hào)不會(huì)超過P1dB點(diǎn)而把放大器推入飽和區(qū);QPSP的PAR=6~10的dB,其放大器對(duì)線性要求就比較高,否則信號(hào)很容易超過P1dB點(diǎn)而把放大器推入飽和區(qū)。OQPSK比QPSK的峰值要低一些,所以CDMA手機(jī)使用的功放不必是完全線性的。

  實(shí)際上這個(gè)問題的最根本解釋要去看看低頻和高頻電子線路的書了。三基管的放大曲線只有在工作點(diǎn)較低的一段才是線性放大的,當(dāng)工作點(diǎn)抬高以后,就進(jìn)入了非線性放大區(qū)間。通常的甲類和乙類功率放大器是工作在線形區(qū)間的,但是起效率很低,通常只有30%~40%,大部分能量都耗在了極電極的內(nèi)阻上,流通角大;而丙類放大器工作在非線性區(qū)間,效率很高,可以達(dá)到70%~80%,但是輸出的放大信號(hào)的波形會(huì)產(chǎn)生失真,從而產(chǎn)生諧波分量,因此,丙類放大器必須接在LC振蕩回路中,因?yàn)長C振蕩回路可以起到一定的濾波作用,filter一些諧波分量,保留基波分量。

  因此,如果你采用的是恒包羅調(diào)制方式,可以采用非線性的放大器;而如果你采用的是非恒包羅調(diào)制方式,特別是峰均比較大的時(shí)候,必須采用線性方法器。


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