基于功率檢測自適應的前饋功放設計

摘要：分析了常用雙環(huán)自適應前饋電路在屏蔽和寬帶頻率兼顧等地方的缺陷，設計了一個(gè)功率檢測自適應電路。功率檢測自適應應用于前饋系統第一極環(huán)路，通過(guò)MCU監控電壓檢測值，自動(dòng)調節第一環(huán)路的移相、調幅矢量調節器，改變相位、幅度參數，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(shí)刻都保持最純凈。仿真結果顯示，在輸出125W的GSM前饋系統中，可使其IMD3小于-65dBc。
關(guān)鍵詞：前饋電路；功率檢測；自適應電路；三階交調

0 引言
隨著(zhù)現代無(wú)線(xiàn)通信的迅速發(fā)展，射頻功率放大器朝著(zhù)大功率，高效率與高線(xiàn)性的方向發(fā)展而目前引起功率放大器的非線(xiàn)性的因素主要有以下兩點(diǎn)：工作于甲乙類(lèi)狀態(tài)的大功率LDMOS的應用越來(lái)越廣泛；非線(xiàn)性器件的引入，多載波技術(shù)的應用都將使輸出信號產(chǎn)生交調失真。因此，在設計射頻功率放大器時(shí)，線(xiàn)性度是需要考慮的關(guān)鍵指標。目前常用的線(xiàn)性化技術(shù)有功率回退、預失真技術(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(xiàn)性度；而預失真技術(shù)通過(guò)反饋信號對失真信號進(jìn)行校準，對線(xiàn)性度有較大的改善；前饋技術(shù)，由于其采用兩個(gè)環(huán)路精確抵消，能較好地改善線(xiàn)性指標，而且不受帶寬限制，所以在線(xiàn)性化方面有較大優(yōu)勢，但效率較低。本文首先簡(jiǎn)述了一般前饋線(xiàn)性化技術(shù)自適應方面的缺陷，而后在此基礎上進(jìn)行改進(jìn)，添加了自適應算法，并通過(guò)功率檢測自適應電路對誤差提取信號進(jìn)行改善，從而達到改善輸出信號線(xiàn)性度的目的。

1 自適應前饋控制原理
前饋電路系統相比其他線(xiàn)性化技術(shù)較為復雜，其原理主要是通過(guò)移相器和矢量調幅器的調節來(lái)實(shí)現兩個(gè)環(huán)路的抵消；因此，要在功率和頻率不斷變化的情況下實(shí)現精確的抵消，在前饋系統中必須加入自適應電路。前饋系統的兩個(gè)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(gè)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)均要加入自適應控制。目前應用于前饋系統中的自適應方法主要有直接信號相關(guān)檢測法，導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(shí)際應用中做出的幾點(diǎn)改進(jìn)，如圖1所示，在傳統的前饋系統中第一環(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(guò)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(zhù)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(guò)主放大后經(jīng)過(guò)耦合器，一路信號經(jīng)過(guò)無(wú)源器件(功分器、延時(shí)線(xiàn)等)延時(shí)后，在合成器1處進(jìn)行抵消，將抵消的信號送到功率檢測器，這樣通過(guò)功率檢測器檢測到的功率就可以判斷當前抵消狀態(tài)，然后調節移相器和矢量調幅器后與之前檢測到的信號功率進(jìn)行比較，當檢測到的功率最小時(shí)說(shuō)明環(huán)路抵消最好，這時(shí)的電路參數值就是當前環(huán)境下電路的最優(yōu)參數。另外導頻法也是前饋系統中一種常用的自適應方法。導頻是在電路中引入一個(gè)適當功率大小的導頻信號，導頻信號進(jìn)入前饋系統以后將被看作一個(gè)失真信號而得到一定程度的抵消，如果導頻信號通過(guò)前饋系統后被完全抵消了，那么由放大器產(chǎn)生的非線(xiàn)形失真信號也會(huì )被前饋系統最大程度的壓縮，但是導頻信號法不僅電路系統和控制程序復雜，而且還會(huì )引入新的交調失真，所以應用起來(lái)也較有難度。