第三章 V band 功率放大器
3.2 線性化技術(Linearization Techniques)
根據第二章的線性度分析，可以了解到一系統的非線性可能造成之影響，因 此在設計功率放大器時，對於線性度的考量極其重要；利用線性器來提高系統的 線性度，並改善操作頻寬下降、穩定度降低、效率下降等問題，都是系統設計中 一項值得研究的題材。
於功率放大器的應用上，線性器技術通常可區分成回授式線性化技術
(Feedback)、前饋式線性化技術(Feedforward)、預失真技術(Pre-distortion)等三種。
A. 回授式線性化技術(Feedback)
此技術概念建立在一相同規格下的功率放大器，其輸出的功率飽和點皆 相同；因此在相同輸入功率下，如將功率增益降低(PG→PG
c
)，則此功率放大 器的輸入與輸出功率對應的線性範圍也相對增加。P
sat( )
P
outdBm
( )
P dBm
inPG PG
cInput linear range
圖 3-2. 功率輸入與輸出關係概念圖
【圖 3-3】為一回授式概念架構圖，其原理係利用一降頻器與低通濾波器
雖然回授式線性化技術是一項不錯的線性化技術也有許多文獻可探討，
但因為系統上的磁阻與回授電路造成的時間延遲等，會影響到電路的穩定度 與對於寬頻電路設計上非理想現象，所以鮮少使用在毫米波與微米波上。
B. 前饋線性化技術(Feedforward)
此技術概念與回授式技術相同，但其實現方式為利用輸出端進行訊號修 正，此設計可以改善在回授技術中因時間延遲所造成的迴路不穩定等缺點。
此電路架構係利用一主要一輔助的放大器、兩組衰減器、兩組延遲元件及數 組耦合器完成；將一輸入訊號分成兩路，一路由延遲元件進入，一路由主要 的放大器進入產生一帶有失真項之訊號，然後由一耦合與衰減器將兩路綜 合，把失真成分濾出，接著透過輔助放大器將失真訊號放大後，將主放大器 的輸出訊號與輔助放大器的輸出訊號合成，藉此抵銷失真訊號。
Av Av
LPF
Power Amplifier IF Amplifier
Input
Output
sin
LOt
sin(
LOt
)圖 3-3. 回授式線性化技術電路架構圖
τ
τ
Attenuator
Attenuator Delay Line
Delay Line Main Amplifier
Aux.
Amplifier
圖 3-4. 前饋式線性化技術電路架構圖
前饋式線性化技術可以有效的改善並修正振幅(AM-AM)失真與相位 (AM-PM)失真的問題，但因為其電路較為複雜，且輔助放大器係用來放大失 真訊號使用，如果沒有極高的線性度將有可能再產生額外的非線性失真成 分，加上此架構屬於開迴路型態，因此並無法消除由外界因素(時間、溫度等) 所造成的變異。
C. 預失真技術(Pre-distortion)
預失真技術的概念建立在如何有效地去改善一功率放大器的非線性效 應；此效應造成了輸出功率增益隨著輸入功率增加而受到壓縮的情況，因此 如能事先預知此非線性效應，就能夠在一功率放大器前加上另一個非線性元 件，將此非線性元件的轉移函數隨著輸入訊號的增加而變大，則其合成曲線 會因兩者的互異性而形成一線性曲線，進而延長一功率放大器的線性區域範 圍。
Pre-distortion
Linearizer PA
Input Output
Pout Loss
Pout
Gain Gain
Pout P
1dBexetension
Pout Pout
Θ(Pout)
Pout Θ(Pout)
Θ(Pout)
(AM-AM compensation)
(AM-PM compensation)
(IMDs compensation)
ω ω ω
本期望用於驗證一線性化功率放大器設計理論的訴求，將可能會因此得不償 失，所以本次設計將選用預失真技術(Pre-dirtortion)這樣較為簡單且常用的設 計架構來進行功率放大器設計。