无线通信系统要求有着高的线性度,否则就会产生信号失真。失真的信号落在带内则会干扰已调制信号,导致已调制的矢量信号的幅度和相位出现偏差,从而使得频谱扩展,干扰邻道信号,导致误码率恶化。若失真信号落在带外频段则会干扰其它频段。
功率放大器是射频系统中主要的非线性来源,因此改善功放的非线性对提高无线通信系统的性能有重要意义。
放大器的输出端主要有输入信号的各次谐波和因输入信号频率间的和差产生的交调信号失真。谐波失真可以通过常用的滤波器滤除,而对系统非线性影响较大的主要集中在载波中心频率附近的三阶交调失真。
三阶交调失真(IMD3)2f2-f1和2f1-f2的参数大小来直观反映了功率放大器的线性度好坏。
前馈技术,由于其具有高校准精度,高稳定度以及不受带宽限制等优点,成为了改善宽带信号线性度时改善效果最明显的技术。

最基本的前馈放大器原理如图1所示。他由2个环路组成:环路1由功分器、主放大器、耦合器1、衰减器1、相移器1、延时线1、合成器1组成。输入的RF信号,即2个纯净的载波信号,经功分器后被分成两支路信号:上分支路为主功率放大器支路,纯净的RF载波信号经过该支路后产生放大后的载波信号和互调失真信号;下分支路为附支路,纯净的RF载波信号经过该支路后被延时,主功率放大器支路输出的非线性失真信号经衰减器1和相移器1后,与附支路输出的信号在合成器1中合成,调节衰减器1和相移器1使两支路信号获得相等的振幅,180‘相位差以及相等的延迟。这时,就能有效地抵消主功率放大器支路的RF载波信号,而提取出由于主放大器非线性放大所产生的互调失真信号。因此,这一环路又称为RF载波信号消除环路。
上支路主信号经延时线进入输出耦合器。下支路的交调信号经过矢量调制送入 EPA进行放大,然后进入输出耦合器。两路信号在耦合器以等幅反向形式进行减法,抵消掉交调信号,改善系统的线性。因此,这一环路又称为误差抵消环。
前馈的仿真步骤
实现主信号消除,需要知道主放大环路的增益,延时,根据耦合器调整下支路的幅度控制器、延时线,实现主信号的消除。
因为功放会引入群时延,所以相位的调整及优化,主要用来实现对功放群时延的校正。

在环路1的调试过程中,把有源环路的增益平坦度尽可能的调平一些,时延也尽可能的接近;无源环路的增益平坦度和时延要和有源环路的增益平坦度及时延尽可能的相同,如果不能做到相同也要做到增益和时延的趋势要一致,这样才可能做到环路的对消达到最好。
实现了第一环路信号抵消之后就是需要实现误差的抵消,因主放大电路的失真量比第一环路提取的误差要大,所以提取后的误差需要经过放大器放大去实现幅度的一致,在放大的过程中可能会引入群时延以及幅度的不对等, 所以误差抵消环同样需要对环路和相位、延时进行调整对齐。


在小信号情况下,尽可能把有源环路的增益平坦度调到最平,一般平坦度≤0.5db,时延也尽可能的接近,一般时延相差不超过0.5ns;
无源环路的增益平坦度也要尽可能的平,一般≤0.3db,在所关心的频段内时延尽可能的接近,一般≤0.5ns。