基于功率檢測自適應(yīng)的前饋功放設(shè)計

摘要：分析了常用雙環(huán)自適應(yīng)前饋電路在屏蔽和寬帶頻率兼顧等地方的缺陷，設(shè)計了一個功率檢測自適應(yīng)電路。功率檢測自適應(yīng)應(yīng)用于前饋系統(tǒng)第一極環(huán)路，通過MCU監(jiān)控電壓檢測值，自動調(diào)節(jié)第一環(huán)路的移相、調(diào)幅矢量調(diào)節(jié)器，改變相位、幅度參數(shù)，以達到環(huán)路抵消最好，保證在功率與頻率不斷變化的情況下，誤差信號提取時刻都保持最純凈。仿真結(jié)果顯示，在輸出125W的GSM前饋系統(tǒng)中，可使其IMD3小于-65dBc。
關(guān)鍵詞：前饋電路；功率檢測；自適應(yīng)電路；三階交調(diào)

0 引言
隨著現(xiàn)代無線通信的迅速發(fā)展，射頻功率放大器朝著大功率，高效率與高線性的方向發(fā)展而目前引起功率放大器的非線性的因素主要有以下兩點：工作于甲乙類狀態(tài)的大功率LDMOS的應(yīng)用越來越廣泛；非線性器件的引入，多載波技術(shù)的應(yīng)用都將使輸出信號產(chǎn)生交調(diào)失真。因此，在設(shè)計射頻功率放大器時，線性度是需要考慮的關(guān)鍵指標(biāo)。目前常用的線性化技術(shù)有功率回退、預(yù)失真技術(shù)(APD／DPD)、前饋技術(shù)(FF)等。其中，功率回退技術(shù)能一定程度的改善窄帶信號的線性度；而預(yù)失真技術(shù)通過反饋信號對失真信號進行校準(zhǔn)，對線性度有較大的改善；前饋技術(shù)，由于其采用兩個環(huán)路精確抵消，能較好地改善線性指標(biāo)，而且不受帶寬限制，所以在線性化方面有較大優(yōu)勢，但效率較低。本文首先簡述了一般前饋線性化技術(shù)自適應(yīng)方面的缺陷，而后在此基礎(chǔ)上進行改進，添加了自適應(yīng)算法，并通過功率檢測自適應(yīng)電路對誤差提取信號進行改善，從而達到改善輸出信號線性度的目的。

1 自適應(yīng)前饋控制原理
前饋電路系統(tǒng)相比其他線性化技術(shù)較為復(fù)雜，其原理主要是通過移相器和矢量調(diào)幅器的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)兩個環(huán)路的抵消；因此，要在功率和頻率不斷變化的情況下實現(xiàn)精確的抵消，在前饋系統(tǒng)中必須加入自適應(yīng)電路。前饋系統(tǒng)的兩個環(huán)路分為信號抵消環(huán)路和誤差抵消環(huán)路。為了確保兩個環(huán)路均能達到較好的抵消效果，一般情況下第一環(huán)和第二環(huán)均要加入自適應(yīng)控制。目前應(yīng)用于前饋系統(tǒng)中的自適應(yīng)方法主要有直接信號相關(guān)檢測法，導(dǎo)頻檢測和最小功率檢測。本文主要是介紹在第一環(huán)最小功率檢測法的實際應(yīng)用中做出的幾點改進，如圖1所示，在傳統(tǒng)的前饋系統(tǒng)中第一環(huán)和第二環(huán)均使用到最小功率檢刪法。
從圖1中可以看出，第一環(huán)最小功率檢測放在功分器2后面，此處功率檢測芯片一般使用比較經(jīng)典的AD8362，通過其檢測到的功率值判斷主信號是否完全被抵消。主信號完全被抵消才意味著誤差信號提取最純凈。

在理論上認為輸入信號是純凈的，在功分器1后一路信號經(jīng)過主放大后經(jīng)過耦合器，一路信號經(jīng)過無源器件(功分器、延時線等)延時后，在合成器1處進行抵消，將抵消的信號送到功率檢測器，這樣通過功率檢測器檢測到的功率就可以判斷當(dāng)前抵消狀態(tài)，然后調(diào)節(jié)移相器和矢量調(diào)幅器后與之前檢測到的信號功率進行比較，當(dāng)檢測到的功率最小時說明環(huán)路抵消最好，這時的電路參數(shù)值就是當(dāng)前環(huán)境下電路的最優(yōu)參數(shù)。另外導(dǎo)頻法也是前饋系統(tǒng)中一種常用的自適應(yīng)方法。導(dǎo)頻是在電路中引入一個適當(dāng)功率大小的導(dǎo)頻信號，導(dǎo)頻信號進入前饋系統(tǒng)以后將被看作一個失真信號而得到一定程度的抵消，如果導(dǎo)頻信號通過前饋系統(tǒng)后被完全抵消了，那么由放大器產(chǎn)生的非線形失真信號也會被前饋系統(tǒng)最大程度的壓縮，但是導(dǎo)頻信號法不僅電路系統(tǒng)和控制程序復(fù)雜，而且還會引入新的交調(diào)失真，所以應(yīng)用起來也較有難度。