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摘要：众所周知，当前国内外抑制信号二、三次谐波绝大多数采用的方式就是在功放后加开关滤波器。通过以往大量的实践结果表明，在45dbm/路辐射功率的环境中进行操作可以在规定的时间空间范围内实现二次35dbc与三次40dbc（基于当前国内开关滤波器的标准），但该技术就目前而言仅在低频、窄带信号中能够有效开展，在高频和宽带环境很难发挥出最佳效应。但是通过以往大量的仿真实验结果以及总结的经验发现，如果运用得当，数字预失真技术在解决微波功率放大器线性化技术方面比上面方法能够取得更好的效果，因为它可以满足通信信号电磁环境模拟器对谐波和互调分量的指标要求，鉴于此，本文是对微波功率放大器技术与设计工作进行分析，仅供参考。
关键词：功率放大器；预失真技术；线性化；移动通信
引言：
微波集成电路技术是无线系统小型化的关键技术.在毫米波集成电路中，高性能且设计紧凑的功率放大器芯片电路是市场迫切需求的产品.总的来说，微波功率放大器的芯片性能很大程度上取决于制造工艺，而每种工艺对功率放大器有着不同的特点或优势.对于工作频率不高于100GHz的芯片而言，砷化镓和氮化镓材料具有功率方面的优势.如果频率作为器件的首要考虑，那么选用磷化铟器件制作的功率放大器其频率可以高到500GHz以上.当然，对于工业制造来说，产品的成本也是功率放大器设计以及量产的重要因素，特别是对于消费电子产品类，互补金属氧化物半导体（CMOS）利于片上系统集成，因此具有成本优势.从应用场景来看，毫米波芯片工作于不同的频率有着不同的要求，比如在Ka波段的26.5～40GHz，目前主要用于卫星和中长距点对点通信，大功率是这个波段功率放大器的首要指标，因而氮化镓和砷化镓的功率放大器芯片是首选.对于60GHz而言，由于电磁波在该频率的衰减很大，主要潜在应用于短距离的高速通信并面向消费电子市场，因而成本较低的CMOS半导体和锗化硅器件是未来该频段芯片设计的首选。
一、微波功率放大器线性化技术的具体概况
为了尽可能的减小放大器中的幅度以及获得高载频，现在绝大多数企业单位是采用大功率放大器回退功率，通过这种方式让放大器在正常负荷输出状态下工作（低于满负荷的水平）。事实证明，这种情况下的电源利用效率会低于百分之五，同时大功率器件的有效輸出功率也不大，这样会造成资源的严重浪费，无法最大限度的发挥出自身潜能，因为这样会大大损耗输出功率以及降低处理信息量的能力，同时还需要花费更多的资金。除了这种方法，就是采用线性化技术纠正放大器的线性化特征，将那些原来非线性化的点全部处于一条直线上，从而在电路整体上呈现出放大输入信号的线性化效果。
通过收集多方数据，如今这种技术的使用主要包括三种，分别为正向前馈法、负反馈法、预失真方法三种。其中正向前馈法使用最为普遍，但是局限性较强。比方说在工作环境变化过程中，工作人员由于认为或者非人为因素很难将电路的参数变化保持一致（做到这一点需要扎实的技术与很强的耐心），如果稍有不慎最终会放大线性的恶化程度，稳定性很难保证，停机现象屡见不鲜。除此之外，在末级大功率合成器位置构成自适应环路难度也很大，因此在功率合成级采用此法的极为少见。
至于负反馈技术的实现往往需要专业技术能力很强人员来特别处理宽带以及时延这两大问题，为什么这么说呢？因为这种技术的使用会使放大器带宽迅速变得比过去狭窄，在放大宽频带方面并不适用。
大量的实践结果表明，预失真技术可以在高频和宽带条件下很好的使用解决问题。具体地说，就是业界人士预先使微波放大器的输入信号在相位与幅度方面产生反失真（根据实际需要实现设定），从而抵消微波放大器内的非线性失真。如今已经成为大功率微波放大器进行线性化的理想技术。
目前该技术主要分为两种：射频预失真与基带预失真。其中射频预失真方法所耗费的成本低而且电源使用效率高，但是在通常情况下仍然需要使用射频非线性有源器件加以辅助运行，想要有效控制尚需时日。基带预失真技术当中难度大的射频信号处理问题比较少，相关工作人员只要在低频部分补偿处理基带信号即可完成任务，便于采用现代的数字信号处理技术。事实表明，该技术实用性较强，而且通过增加采样率或者量化级数可以很好的抵消高阶互调失真。
二、基带预失真技术以及使用
基带预失真线性化系统如下图（图1）所示：
图1 基带数字预失真电路框图
从图中我们可以清楚的看到，输入端的信号经过A/D变换后可以在很短时间内得到数字域中的等阶信号，经过预失真相关处理后数字域中的预失真信号就可以迅速得到，通过正交调制器调制到载频上再放大功率，其中少部分输出功率借助耦合器传输到线性解调器，得到的反馈信号（经过A/D变换后）提供给误差比较模块，最终经过相应的公式原理可以正确计算出预失真特性和数值。
仿真和系统模型实验结果表明，对于宽带输入信号，采用基带预失真线性化技术可以将功率放大器输出三阶互调值少于-80db。除此之外，由于此系统的预失真电路主要是通过数字电路完成的，预失真处理是在基带实施的，加上闭环自适应控制的有效应用，能够让整个电路稳定运转，这样一来就可以很好的省去了采用固定预失真所需要的调整时间。当然这种方案研制出来不久，现在想要完全实现需要很高的工作速率，因此在通信设备中并不多见，而是在实验室以及计算机模拟的结果中见到，因此还需要业界人士对其进一步研究和开发。
三、微波高功率放大器设计技术
1、二进制功率合成技术
通常而言，在其他外界条件保持不变的情况下，微波功率放大器的输出功率能力与总的晶体管或场效应管的栅宽成正比.虽然理论上可以通过增加单个晶体管的方式增加输出功率，但是这种方法在实际应用中会造成匹配的困难和截止频率降低的问题，因为此时晶体管的输入输出阻抗过低.当单管不能满足微波功放的输出功率指标时，最常用的办法是采用二进制的方式来提高输出功率，比较经典的功率合成器有T字形网络和Wilkisnon功率合成器.在插入功率合成器后，放大器的效率和工作带宽会有所降低。
图2 39～47GHz平衡放大器
2、平衡式放大器
对于需要工作在宽带的功率放大器而言，输入和输出端口需要在宽带内匹配到50Ω，以实现低的驻波系数，这样可以减少连到外部元件时增益和输出功率的降低.此时可以借助90°耦合器的方式实现两个分路内的相位差，最后在合路端同向信号相加，反射波由于存在180°的相位差而被抵消.在集成电路设计中，Lange耦合器结构紧凑，能够很好满足宽带功率放大器的需求.在这类平衡功率放大器中，Lange耦合器在输入和输出端口成对使用，如图2所示
结束语
综上所述，随着时代的发展以及科技的进步，数字基带预失真线性化技术在微波功率放大器进行线性化补偿的应用越来越广泛而且所涉及的领域也越来越宽，目前已经取得了很多成功的经验。从这一点上来看，数字预失真线性化技术可以在允许条件下为广大相关工作人员的一种微波功率放大器线性化技术的新方法，完全有可能满足现代通信信号电磁环境模拟器对谐波和互调失真的技术指标要求，从而为科技进步与发展做出应有的贡献。
参考文献：
[1]张旭.微波无线电能传输系统中微波功率放大器供电电源的研究[J].新型工业化，2017，7（11）：23-28.
[2]刘海涛.微波功率放大器预失真线性化技术研究[J].无线互联科技，2017（18）：138-139.
[3].电子材料[J].新材料产业，2017（06）：76-79.
[4]左秀权.L波段固态功率放大器设计及其放大技术研究[D].长安大学，2017.
[5]赵家敏，安士全，闫超.一种40W高效微波功率放大器的设计[J].舰船电子工程，2017，37（05）：134-138.
[6]蔡德龙.宽带微波功率放大器的研究[D].西南科技大学，2017.
关键词：功率放大器；预失真技术；线性化；移动通信
引言：
微波集成电路技术是无线系统小型化的关键技术.在毫米波集成电路中，高性能且设计紧凑的功率放大器芯片电路是市场迫切需求的产品.总的来说，微波功率放大器的芯片性能很大程度上取决于制造工艺，而每种工艺对功率放大器有着不同的特点或优势.对于工作频率不高于100GHz的芯片而言，砷化镓和氮化镓材料具有功率方面的优势.如果频率作为器件的首要考虑，那么选用磷化铟器件制作的功率放大器其频率可以高到500GHz以上.当然，对于工业制造来说，产品的成本也是功率放大器设计以及量产的重要因素，特别是对于消费电子产品类，互补金属氧化物半导体（CMOS）利于片上系统集成，因此具有成本优势.从应用场景来看，毫米波芯片工作于不同的频率有着不同的要求，比如在Ka波段的26.5～40GHz，目前主要用于卫星和中长距点对点通信，大功率是这个波段功率放大器的首要指标，因而氮化镓和砷化镓的功率放大器芯片是首选.对于60GHz而言，由于电磁波在该频率的衰减很大，主要潜在应用于短距离的高速通信并面向消费电子市场，因而成本较低的CMOS半导体和锗化硅器件是未来该频段芯片设计的首选。
一、微波功率放大器线性化技术的具体概况
为了尽可能的减小放大器中的幅度以及获得高载频，现在绝大多数企业单位是采用大功率放大器回退功率，通过这种方式让放大器在正常负荷输出状态下工作（低于满负荷的水平）。事实证明，这种情况下的电源利用效率会低于百分之五，同时大功率器件的有效輸出功率也不大，这样会造成资源的严重浪费，无法最大限度的发挥出自身潜能，因为这样会大大损耗输出功率以及降低处理信息量的能力，同时还需要花费更多的资金。除了这种方法，就是采用线性化技术纠正放大器的线性化特征，将那些原来非线性化的点全部处于一条直线上，从而在电路整体上呈现出放大输入信号的线性化效果。
通过收集多方数据，如今这种技术的使用主要包括三种，分别为正向前馈法、负反馈法、预失真方法三种。其中正向前馈法使用最为普遍，但是局限性较强。比方说在工作环境变化过程中，工作人员由于认为或者非人为因素很难将电路的参数变化保持一致（做到这一点需要扎实的技术与很强的耐心），如果稍有不慎最终会放大线性的恶化程度，稳定性很难保证，停机现象屡见不鲜。除此之外，在末级大功率合成器位置构成自适应环路难度也很大，因此在功率合成级采用此法的极为少见。
至于负反馈技术的实现往往需要专业技术能力很强人员来特别处理宽带以及时延这两大问题，为什么这么说呢？因为这种技术的使用会使放大器带宽迅速变得比过去狭窄，在放大宽频带方面并不适用。
大量的实践结果表明，预失真技术可以在高频和宽带条件下很好的使用解决问题。具体地说，就是业界人士预先使微波放大器的输入信号在相位与幅度方面产生反失真（根据实际需要实现设定），从而抵消微波放大器内的非线性失真。如今已经成为大功率微波放大器进行线性化的理想技术。
目前该技术主要分为两种：射频预失真与基带预失真。其中射频预失真方法所耗费的成本低而且电源使用效率高，但是在通常情况下仍然需要使用射频非线性有源器件加以辅助运行，想要有效控制尚需时日。基带预失真技术当中难度大的射频信号处理问题比较少，相关工作人员只要在低频部分补偿处理基带信号即可完成任务，便于采用现代的数字信号处理技术。事实表明，该技术实用性较强，而且通过增加采样率或者量化级数可以很好的抵消高阶互调失真。
二、基带预失真技术以及使用
基带预失真线性化系统如下图（图1）所示：
图1 基带数字预失真电路框图
从图中我们可以清楚的看到，输入端的信号经过A/D变换后可以在很短时间内得到数字域中的等阶信号，经过预失真相关处理后数字域中的预失真信号就可以迅速得到，通过正交调制器调制到载频上再放大功率，其中少部分输出功率借助耦合器传输到线性解调器，得到的反馈信号（经过A/D变换后）提供给误差比较模块，最终经过相应的公式原理可以正确计算出预失真特性和数值。
仿真和系统模型实验结果表明，对于宽带输入信号，采用基带预失真线性化技术可以将功率放大器输出三阶互调值少于-80db。除此之外，由于此系统的预失真电路主要是通过数字电路完成的，预失真处理是在基带实施的，加上闭环自适应控制的有效应用，能够让整个电路稳定运转，这样一来就可以很好的省去了采用固定预失真所需要的调整时间。当然这种方案研制出来不久，现在想要完全实现需要很高的工作速率，因此在通信设备中并不多见，而是在实验室以及计算机模拟的结果中见到，因此还需要业界人士对其进一步研究和开发。
三、微波高功率放大器设计技术
1、二进制功率合成技术
通常而言，在其他外界条件保持不变的情况下，微波功率放大器的输出功率能力与总的晶体管或场效应管的栅宽成正比.虽然理论上可以通过增加单个晶体管的方式增加输出功率，但是这种方法在实际应用中会造成匹配的困难和截止频率降低的问题，因为此时晶体管的输入输出阻抗过低.当单管不能满足微波功放的输出功率指标时，最常用的办法是采用二进制的方式来提高输出功率，比较经典的功率合成器有T字形网络和Wilkisnon功率合成器.在插入功率合成器后，放大器的效率和工作带宽会有所降低。
图2 39～47GHz平衡放大器
2、平衡式放大器
对于需要工作在宽带的功率放大器而言，输入和输出端口需要在宽带内匹配到50Ω，以实现低的驻波系数，这样可以减少连到外部元件时增益和输出功率的降低.此时可以借助90°耦合器的方式实现两个分路内的相位差，最后在合路端同向信号相加，反射波由于存在180°的相位差而被抵消.在集成电路设计中，Lange耦合器结构紧凑，能够很好满足宽带功率放大器的需求.在这类平衡功率放大器中，Lange耦合器在输入和输出端口成对使用，如图2所示
结束语
综上所述，随着时代的发展以及科技的进步，数字基带预失真线性化技术在微波功率放大器进行线性化补偿的应用越来越广泛而且所涉及的领域也越来越宽，目前已经取得了很多成功的经验。从这一点上来看，数字预失真线性化技术可以在允许条件下为广大相关工作人员的一种微波功率放大器线性化技术的新方法，完全有可能满足现代通信信号电磁环境模拟器对谐波和互调失真的技术指标要求，从而为科技进步与发展做出应有的贡献。
参考文献：
[1]张旭.微波无线电能传输系统中微波功率放大器供电电源的研究[J].新型工业化，2017，7（11）：23-28.
[2]刘海涛.微波功率放大器预失真线性化技术研究[J].无线互联科技，2017（18）：138-139.
[3].电子材料[J].新材料产业，2017（06）：76-79.
[4]左秀权.L波段固态功率放大器设计及其放大技术研究[D].长安大学，2017.
[5]赵家敏，安士全，闫超.一种40W高效微波功率放大器的设计[J].舰船电子工程，2017，37（05）：134-138.
[6]蔡德龙.宽带微波功率放大器的研究[D].西南科技大学，2017.