一种端口匹配的行波管预失真线性化器

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国科学院电子学研究所中国科学院空间行波管研发中心 作者:李秦龙

  模拟预失真是补偿行波管非线性失真的一种非常重要的方法。不过, 目前大多数的预失真器需要在输入输出端加隔离器, 增加了系统的复杂性。本文介绍一种工作在L 波段的基于二极管的预失真线性化器。这种预失真线性化器利用3dB 分支线耦合器的特性, 实现输入输出端的良好匹配。随着输入功率的增加, 该预失真线性化器可以达到不同的增益扩张和相位扩张。级联行波管后的测试表明, 采用这种预失真线性化器, 使得行波管在额定输入功率范围内的增益压缩和相位压缩从以前的6 dB 和40°改善到0.5 dB 和5°。

  随着卫星通信系统传输数据容量的飞速增长,对功率放大器( PA) 线性度提出了越来越高的要求,而行波管非线性失真直接影响通信系统的性能, 因此星载行波管线性化技术成为卫星通信的关键。对于单独的行波管来说, 为了防止传输信号在功率放大时的非线性失真, 可以利用功率回退的方法来避免非线性失真现象, 但这会降低效率, 因此单独的行波管很难同时满足高线性和高效率的条件。预失真线性化技术, 就是针对功放非线性的特性(例如增益压缩) , 利用某种器件或者搭建某种电路结构, 使它能提供相反的非线性补偿特性(例如增益扩张) 。将这样的电路结构或器件放置在主功放之前, 通过级联的自然合成, 理论上最终可以获得较好线性输出。预失真线性化技术具有相当好的可实现性, 且在纠偏、带宽、稳定性等指标上均有较好的表现, 所以在工程上比较常用。

  目前大多数的预失真线性化器, 在输入和输出端口不能实现良好的匹配, 会有反射信号产生,一般在工程应用中需要在输入端和输出端加隔离器, 大大增加了系统的复杂性。本文将介绍一种结构简单的预失真电路, 利用3 dB 分支线耦合器的特性, 实现输入输出端的良好匹配, 避免了在输入和输出端口采用隔离器, 一定程度上降低了系统的复杂性。另外,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为 通过调节肖特基二极管上的偏置电压, 可以分别使得预失真线性化器的增益扩张和相位扩张同时满足补偿行波管非线性的要求, 得到比较好的补偿效果。

  预失真器的电路结构及原理分析

  本文介绍的预失真器是一种基于肖特基二极管的可以实现良好输入输出匹配的射频预失真器。主要是因为肖特基二极管工作在饱和区的非线性失真可以作为预失真电路中的非线性器件实现对行波管的增益和相位补偿, 另外二极管具有体积小以及低功耗等特性, 有利于在空间环境中使用。其电路原理图如图1 所示。

预失真线性化器件原理图

图1 预失真线性化器件原理图

  本文利用肖特基二极管, 在L 波段设计了一种新型行波管预失真线性化电路。介绍了这种器件的原理图, 工作原理以及测试结果。实验结果表明, 该预失真线性化器在输入和输出端的反射损耗均在- 20 dB以下, 实现了良好的端口匹配。在额定输入功率范围内, 通过调节肖特基二极管的偏压, 该预失真电路可以得到不同的增益扩张和相位扩张。通过级联行波管放大器, 使得行波管在额定输入功率范围内的增益压缩和相位压缩从以前的6 dB 和40°改善到0.5 dB 和5°, 线性度明显改善。

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