在無(wú)線通信系統(tǒng)中，對(duì)于功率放大器來(lái)說(shuō)，既高效又高度線性非常重要。效率是減少能源消耗，延長(zhǎng)電池壽命并簡(jiǎn)化熱管理的關(guān)鍵。另一方面，線性性對(duì)于確保放大信號(hào)顯示的失真至關(guān)重要。但是，旨在化效率的功率放大器具有相當(dāng)大的非線性。
　　有幾種不同的功率放大器線性化技術(shù)可用。自從電話通信黎明以來(lái)，放大器的失真一直是一個(gè)問(wèn)題，因此其中一些已經(jīng)存在了很長(zhǎng)時(shí)間。例如，哈羅德·布萊克（Harold Black）分別在1928年和1937年分別為前饋和反饋電路技術(shù)申請(qǐng)了。此后，初旨在地減少中繼器放大器中的失真，這兩種技術(shù)已被用來(lái)線性化RF功率放大器。
　　在本文中，我們將討論前饋線性化技術(shù)。圖1顯示了饋電功率放大器（PA）系統(tǒng)的基本框圖。

　　圖1?；镜酿侂姽β史糯笃魍?fù)?。圖片由史蒂夫·阿拉（Steve Arar）提供如我們所見，前饋布置實(shí)際上需要兩個(gè)放大器。該拓?fù)浯_定由主放大器添加的失真信號(hào)，并從系統(tǒng)的輸出中減去其以增強(qiáng)整體線性。讓我們探討該電路的工作原理。
　　輸入應(yīng)用于兩個(gè)不同的路徑。在上路徑中，輸入會(huì)通過(guò)主功率放大器擴(kuò)增。非線性放大器的輸出可以看作是輸入信號(hào)的線性復(fù)制品和非線性引起的誤差信號(hào)的總和。因此，節(jié)點(diǎn)M處的電壓可以表示為：　vm?=?avvin?+?vd　　等式1。
　　在哪里：
　　V是功率放大器的電壓增益
　　V D是放大器的非線性產(chǎn)生的誤差信號(hào)。
　　框圖中的垂直分支減弱了非線性PA的總輸出，以v的一倍，以在節(jié)點(diǎn)n處產(chǎn)生電壓。從等式1中，我們有：　vn?=?vin?+? fracvdav　　等式2。
　　從v n中減去輸入v ，我們?cè)诠?jié)點(diǎn)p處獲得失真信號(hào)的衰減版本：
　　vp?=? fracvdav　　等式3。
　　從輸入到個(gè)減法器的兩個(gè)路徑形成一個(gè)循環(huán)，該循環(huán)消除了節(jié)點(diǎn)p處的輸入信號(hào)。這被稱為信號(hào)取消循環(huán)。
　　接下來(lái)，將節(jié)點(diǎn)P處的電壓應(yīng)用于具有V的誤差放大器，生成V Q = V d的電壓。這給了我們失真信號(hào)v d。，從v m減去v q以產(chǎn)生輸出電壓：
　vout?=?avvin　　等式4。
　　盡管放大器是非線性的，但總輸出是輸入的線性復(fù)制品。饋電PA系統(tǒng)的第二個(gè)環(huán)稱為誤差取消環(huán)。
　　錯(cuò)誤放大器
　　第二個(gè)循環(huán)中放大器引入的任何跟蹤誤差在輸出處似乎是無(wú)償?shù)?。因此，誤差放大器的失真屬性決定了系統(tǒng)的整體線性。
　　在個(gè)減法器的輸出時(shí)，信號(hào)被取消，我們只剩下失真分量。假設(shè)該殘差信號(hào)很小，那么誤差放大器比主放大器少會(huì)失真。但是，隨著信號(hào)振幅的增長(zhǎng)，失真成分迅速上升。例如，放大器中的三階失真會(huì)產(chǎn)生與輸入信號(hào)幅度立方擴(kuò)展的失真成分。
　　因此，盡管通常是確定整個(gè)系統(tǒng)功率額定功率額定功率的主要放大器，但誤差放大器的功率能力也是重要的設(shè)計(jì)考慮因素。它受幾個(gè)不同參數(shù)的影響，包括：
　　從輸入到減法器的信號(hào)路徑中納入衰減。
　　主放大器的AM-PM失真。
　　有關(guān)Feed-Forward PA設(shè)計(jì)這一方面的更多信息，請(qǐng)參閱Steve Cripps的“無(wú)線通信的RF功率放大器”。
　　誤差放大器還應(yīng)提供足夠的輸出功率來(lái)克服輸出組合器的損失。通常，這需要將誤差放大器的尺寸尺寸縮小到主功率放大器，這可以提高系統(tǒng)的成本并降低其效率。
　　增益和相匹配是強(qiáng)制性的
　　讓我們返回片刻以圖1。要使我們對(duì)該電路的先前分析有效，導(dǎo)致減去器的路徑必須具有完美的相位匹配，并且它們相關(guān)的組件必須具有完美的增益匹配。例如，如果從輸入到個(gè)減法器的兩個(gè)路徑表現(xiàn)出不同的延遲，則無(wú)法進(jìn)行信號(hào)取消。

　　在頻率，溫度和時(shí)間上需要準(zhǔn)確的增益和相位跟蹤。除此之外，還要回想一下放大器將一些延遲引入信號(hào)路徑。因此，我們需要合并兩個(gè)延遲塊，以均衡相應(yīng)路徑的延遲。這在圖2中說(shuō)明了。

　　在圖1中向電路添加延遲元素。
　　圖2。圖1中的電路延遲元素。圖像使用的圖像由史蒂夫·阿拉爾（Steve Arar）提供在上圖中，延遲塊τ1補(bǔ)償由主放大器和衰減器引起的相移。同樣，延遲塊τ2補(bǔ)償了誤差放大器引入的相移。可以使用被動(dòng)總元素網(wǎng)絡(luò)或傳輸線構(gòu)建延遲塊。
　　但是請(qǐng)記住，這些障礙會(huì)導(dǎo)致功率耗散，并降低放大器的效率。設(shè)計(jì)寬帶延遲塊還帶來(lái)了重大挑戰(zhàn)。
　　實(shí)際實(shí)現(xiàn)

　　圖3顯示了進(jìn)料前PA的更實(shí)際實(shí)現(xiàn)。

　　具有方向耦合器的更實(shí)用的饋送PA系統(tǒng)。
　　圖3。實(shí)用的前饋功率放大器的框圖。圖像（修改）二手由威廉·埃根（William F. Egan）提供在這里，定向耦合器在戰(zhàn)略上可用于根據(jù)需要在電路內(nèi)的臨界節(jié)點(diǎn)處采樣和路由信號(hào)。系數(shù)C N和C N '分別代表每個(gè)耦合器的耦合因子和主線增益。
　　與我們檢查的上一個(gè)電路不同，這種布置在信號(hào)取消環(huán)中缺乏明顯的衰減器塊。取而代之的是，衰減是由放置在環(huán)內(nèi)的方向耦合器產(chǎn)生的。
　　帶有矢量調(diào)節(jié)器的前饋PA系統(tǒng)

　　圖4說(shuō)明了前饋PA系統(tǒng)的另一個(gè)變體。在此電路中，將兩個(gè)矢量調(diào)制器（VM）放置在主放大器（MA）和誤差放大器（EA）之前。

　　使用矢量調(diào)節(jié)器的饋電PA。
　　圖4。利用矢量調(diào)節(jié)器的饋電PA。圖片由Richard N. Braithwaite提供向量調(diào)節(jié)器是可以控制RF信號(hào)的幅度和相位的設(shè)備。它將信號(hào)分成兩個(gè)組件，稱為相位和正交組件，彼此之間偏置90度。通過(guò)調(diào)整這些組件，圖4中的矢量調(diào)節(jié)器匹配循環(huán)的增益和相位。
　　自適應(yīng)飼料前系統(tǒng)
　　自適應(yīng)進(jìn)紙前PAS監(jiān)視系統(tǒng)的線性性能，并相應(yīng)地調(diào)整循環(huán)參數(shù)。圖5顯示了自適應(yīng)進(jìn)發(fā)電劑放大器的簡(jiǎn)化框圖。

　　飛行員輔助喂養(yǎng)前PA。

　　圖5。試驗(yàn)輔助進(jìn)料前PA的框圖。圖片由Richard N. Braithwaite提供在此示例中，在主放大器之前引入了試點(diǎn)音。飛行員信號(hào)被視為饋送前回路內(nèi)的不良失真。理想情況下，它不應(yīng)出現(xiàn)在終輸出中。這為我們提供了評(píng)估放大器線性性能的方法。
　　之后，存在各種算法來(lái)通過(guò)微調(diào)信號(hào)取消和誤差取消循環(huán)來(lái)優(yōu)化性能。這些算法試圖確定將地減少殘差失真的控制參數(shù)。利用自適應(yīng)饋電系統(tǒng)，使我們能夠達(dá)到比其他可能的較低的失真水平。
　　優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
　　與反饋方法相比，饋電技術(shù)具有多個(gè)優(yōu)勢(shì)。一方面，它可以校正振幅和相誤差。然而，更重要的是，即使其構(gòu)建塊表現(xiàn)出很大的相移，饋送前PA系統(tǒng)也固有地穩(wěn)定。這種穩(wěn)定性源于以下事實(shí)：輸出未饋回輸入。
　　饋送方法的另一個(gè)重要好處是其寬帶寬度。這樣的寬帶功率放大器對(duì)于多載波無(wú)線通信（包括無(wú)線基站使用的）至關(guān)重要。這也是一種相對(duì)較低的線性化技術(shù)。主放大器的噪聲以與失真相同的方式無(wú)效。
　　這使我們獲得了前饋系統(tǒng)的另一個(gè)好處：它們幾乎瞬間糾正了失真誤差。結(jié)果，它們不受通常與功率放大器相關(guān)的內(nèi)存效應(yīng)的影響。記憶效應(yīng)是一種現(xiàn)象，其中PA的輸出受輸入信號(hào)病史的影響。正如我們將在未來(lái)的文章中討論的那樣，它損害了前置線性化技術(shù)的功效。
　　總而言之，前饋PA系統(tǒng)提供以下好處：
　　可以校正相位和振幅。
　　盡管相位偏移，但天生就穩(wěn)定。
　　寬帶寬度。
　　低噪音。
　　免疫記憶效應(yīng)。
　　但是，它們還帶來(lái)了許多缺點(diǎn)。正如我們前面提到的，模擬延遲元素的結(jié)合需要使用諸如微帶線之類的被動(dòng)設(shè)備。這些設(shè)備中的功率損失是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。此外，輸出減法器的構(gòu)建需要使用低損耗組件（例如高頻變壓器）來(lái)確保效率。