Предыскажающая компенсация продуктов интермодуляции в усилителях мощности сверхвысокочастотных сигналов
Аннотация
Проанализированы разнообразные технические решения, направленные на коррекцию амплитудных и амплитудно-фазовых искажений модулированных сигналов, возникающих в вакуумных и твердотельных усилителях мощности диапазона сверхвысоких (СВЧ) частот из-за нелинейных изменений мгновенных значений токов в активных усилительных приборах. Показано, что интермодуляционные искажения нечетного порядка в окрестности основной выделенной полосы частот входного сигнала снижают энергетическую эффективность усилителя, приводят к появлению дополнительных побочных спектральных составляющих, нарушающих жесткие требования электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и требующих значительного недоиспользования паспортных характеристик усилительного прибора по мощности для снижения уровня искажений. Отмечено, что в связи с возрастанием скорости передачи информации в диапазонах сверхвысоких частот при дополнительных требованиях к массогабаритным показателям и высокой надежности автоматической бортовой спутниковой аппаратуры после периода разработки структурных цифро-аналоговых и полностью цифровых технических решений наблюдается возвращение интереса разработчиков к аналоговым решениям, которые не требуют введения сложных цифро-аналоговых элементов СВЧ-тракта и обеспечивают расширение информационной полосы передаваемых сигналов. Представлены результаты имитационного исследования микрополоскового линеаризатора с нелинейными элементами на быстродействующих диодах Шоттки отечественного производства с развязывающими цепями на двух гибридных микрополосковых мостах. В качестве активного элемента использована модель типовой лампы бегущей волны диапазона 11 ГГц с учетом возникающих в ней АМ/АМ и АМ/ФМ искажений. Результаты измерений показали, что при оптимальном сочетании параметров линеаризатора входная мощность модулированного сигнала в выделенной полосе частот может быть увеличена на 2 дБ по сравнению с ЛБВ без линеаризатора, при одновременном уменьшении уровня побочных спектральных составляющих третьего порядка на 12 дБ, а пятого порядка на 21 дБ. Результаты разработки микрополоскового предыскажающего диодного линеаризатора могут быть использованы при создании бортовой спутниковой радиопередающей аппаратуры с улучшенными характеристиками.
Литература
2. Tuo W. e. a. Theoretical Analysis and an Improvement Method of the Bias Effect on the Linearity of RF Linear Power Amplifiers // J. Semiconductors. 2009. V. 30. No. 5. Pp. 1—7.
3. Ahmad I. e. a. Spectral Broadening Effects of High Power Amplifiers in MIMO OFDM Relaying Channels // EURASIP J. Wireless Communications and Networking. 2013. V. 32. Pp. 240—245.
4. O’Droma M., Yiming L. A New Bessel-Fourier Memoryless Nonlinear Power Amplifier Behavioral Model // IEEE Microwave and Wireless Components Lett. 2013. V. 23 (1). Рp. 25—27.
5. Liu Y.J. e. a. A Robust Augmented Complexity-Reduced Generalized Memory Polynomial for Wideband RF Power Amplifiers // IEEE Trans. Indus. Elect. 2014. V. 61. Iss. 5. Рp. 2389—2401.
6. Landin P.N. e. a. Two Novel Memory Polynomial Models for Modeling of RF Power Amplifiers // Intern. J. Microwave and Wireless Techn. 2015. V. 7. Рp. 19—29.
7. Аверина Л.И., Бобрешов А.М., Шутов В.Д. Повышение линейности передающего тракта методом цифровых предыскажений // Нелинейный мир. 2013. № 10. С. 720—727.
8. Renzo M. e. a. Spatial Modulation for Generalized MIMO: Challenges, Opportunities and Implementation // Proc. IEEE. 2014. V. 102. No. 1. Рp. 56—103.
9. Uthirajoo E. e. a. Wideband LTE Power Amplifier with Integrated Novel Analog Pre-distorter Linearizer for Mobile Wireless Communications // PLoS ONE. 2014. V. 9. No. 7. Pp. 1—16.
10. Vasconcellos V. e. a. Performance of 5G Candidate Waveforms with Non-linear Power Amplifiers // Proc. IEEE 9 th Latin-american Conf. Communications. 2017. Pp. 1—5.
11. Wang Z. e. a. Deep Neural Nets Based Power Amplifier Non-linear Pre-distortion // J. Physics: Conf. Series. 2017. V. 887. Рp. 1—6.
12. Yousif S.M. e. a. Efficient Low-complexity Digital Predistortion for Power Amplifier Linearization // Intern. J. Electrical and Computer Eng. 2016. V. 6 (3). Pp. 1096—1105.
13. Пат. № 2538306 РФ. Формирователь радиосигналов с цифровым предыскажением четными гармониками / А.С. Кондрашов // Бюл. изобрет. 2015. № 1.
14. Jebali C. e. a. Selective Orthogonal Predistortion for Power Amplifiers // IEEE 28 th Canadian Conf. Electrical and Computer Eng. 2015. Pp. 1600—1604.
15. Essaadali R. e. a. Optimization of Multi-standard Transmitter Architecture Using Single-double Conversion Technique Used for Rescue Operations // Advances in Sci., Techn. and Eng. Syst. J. 2017. V. 2. No. 3. Рp. 73—81.
16. Bhat S., Chockalingam A. Compensation of Power Amplifier Nonlinear Distortion in Spatial Modulation Systems // Proc. of IEEE 17 th Intern.Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications. 2016. Рp. 1—6.
17. Петушков С.В., Белов Л.А., Кондрашов А.С. Использование четных гармоник для цифрового предыскажения входного сигнала при линеаризации амплитудных характеристик СВЧ-усилителя мощности // T-Comm — Телекоммуникации и транспорт. 2016. Т. 10. № 6. C. 3—7.
18. Swaminathan J.N., Kumar P. Design of Efficient Adaptive Predistorter for Nonlinear High Power Amplifier // Wireless Personal Comm. 2015. V. 82 (2). Рp. 1085—1093.
19. Jie L., Hua-Dong Z. A Novel Two-branch Predistortion Linearizer of Ku-band TWTA in Communication Application // Proc. Intern. Radar Conf. 2015. P. 3.
20. Li D. e. a. Tunable Diode-based Predistortion Linearizer for Power Aplifier with Phase Expansion or Compression at Millimeter-wave Frequency // IEEE Intern. Conf. Communication Problem-solving. 2014. Pp. 1610—1613.
21. Deng H.-L., Zhang D.-W. A Kaband Analog Predistortion Linearizer for Travelling Wave Tube Amplifiers // Proc. Asia-Pacific Microwave Conf. 2015. V. 1. Pp. 1—3.
22. Bo Shi e. a. A novel GHz Bandwidth RF Predistortion Linearizer for Ka-band Power Amplifier // Proc. IEEE Conf. TENCON. 2017. Р. 1610—1613.
---
Для цитирования: Петушков С.В., Белов Л.А., Вильдерман Е.Н. Предыскажающая компенсация продуктов интермодуляции в усилителях мощности сверхвысокочастотных сигналов // Вестник МЭИ. 2018. № 5. С. 139—145. DOI: 10.24160/1993-6982-2018-5-139-145.
#
1. Kim Y. e. a. An analog Lineariser Based on Amplitude Modulation with Even Harmоnic Signals. Microwave J. 2009;52;2:80—88.
2. Tuo W. e. a. Theoretical Analysis and an Improvement Method of the Bias Effect on the Linearity of RF Linear Power Amplifiers. J. Semiconductors. 2009;30;5. Pp. 1—7.
3. Ahmad I. e. a. Spectral Broadening Effects of High Power Amplifiers in MIMO OFDM Relaying Channels. EURASIP J. Wireless Communications and Networking. 2013;32:240—245.
4. O’Droma M., Yiming L. A New Bessel-Fourier Memoryless Nonlinear Power Amplifier Behavioral Model. IEEE Microwave and Wireless Components Lett. 2013;23 (1):25—27.
5. Liu Y.J. e. a. A Robust Augmented Complexity-Reduced Generalized Memory Polynomial for Wideband RF Power Amplifiers. IEEE Trans. Indus. Elect. 2014;61;5:2389—2401.
6. Landin P.N. e. a. Two Novel Memory Polynomial Models for Modeling of RF Power Amplifiers. Intern. J. Microwave and Wireless Techn. 2015;7:19—29.
7. Averina L.I., Bobreshov A.M., Shutov V.D. Povyshenie Lineĭnosti Peredayushchego Trakta Metodom Tsifrovykh Predyskazhenii. Nelineĭnyĭ mir. 2013;10:720—727. (in Russian).
8. Renzo M. e. a. Spatial Modulation for Generalized MIMO: Challenges, Opportunities and Implementation. Proc. IEEE. 2014;102;1:56—103.
9. Uthirajoo E. e. a. Wideband LTE Power Amplifier with Integrated Novel Analog Pre-distorter Linearizer for Mobile Wireless Communications. PLoS ONE. 2014;9;7:1—16.
10. Vasconcellos V. e. a. Performance of 5G Candidate Waveforms with Non-linear Power Amplifiers. Proc. IEEE 9 th Latin-american Conf. Communications. 2017:1—5.
11. Wang Z. e. a. Deep Neural Nets Based Power Amplifier Non-linear Pre-distortion. J. Physics: Conf. Series. 2017;887:1—6.
12. Yousif S.M. e. a. Efficient Low-complexity Digital Predistortion for Power Amplifier Linearization. Intern. J. Electrical and Computer Eng. 2016;6 (3):1096—1105.
13. Pat. № 2538306 RF. Formirovatel' Radiosignalov s Tsifrovym Predyskazheniem Chetnymi Garmonikami. A.S. Kondrashov. Byul. Izobret. 2015;1. (in Russian).
14. Jebali C. e. a. Selective Orthogonal Predistortion for Power Amplifiers. IEEE 28 th Canadian Conf. Electrical and Computer Eng. 2015:1600—1604.
15. Essaadali R. e. a. Optimization of Multi-standard Transmitter Architecture Using Single-double Conversion Technique Used for Rescue Operations. Advances in Sci., Techn. and Eng. Syst. J. 2017;2;3:73—81.
16. Bhat S., Chockalingam A. Compensation of Power Amplifier Nonlinear Distortion in Spatial Modulation Systems. Proc. of IEEE 17 th Intern.Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications. 2016:1—6.
17. Petushkov S.V., Belov L.A., Kondrashov A.S. Ispol'zovanie Chetnykh Garmonik dlya Tsifrovogo Predyskazheniya Vkhodnogo Signala pri Linearizatsii Amplitudnykh Kharakteristik SVCH-Usilitelya Moshchnosti. T-Comm — Telekommunikatsii i Transport. 2016;10;6: 3—7. (in Russian).
18. Swaminathan J.N., Kumar P. Design of Efficient Adaptive Predistorter for Nonlinear High Power Amplifier. Wireless Personal Comm. 2015;82 (2):1085—1093.
19. Jie L., Hua-Dong Z. A Novel Two-branch Predistortion Linearizer of Ku-band TWTA in Communication Application. Proc. Intern. Radar Conf. 2015:3.
20. Li D. e. a. Tunable Diode-based Predistortion Linearizer for Power Amplifier with Phase Expansion or Compression at Millimeter-wave Frequency. IEEE Intern. Conf. Communication Problem-solving. 2014:1610—1613.
21. Deng H.-L., Zhang D.-W. A Ka-band Analog Predistortion Linearizer for Travelling Wave Tube Amplifiers. Proc. Asia-Pacific Microwave Conf. 2015;1:1—3.
22. Bo Shi e. a. A novel GHz Bandwidth RF Predistortion Linearizer for Ka-band Power Amplifier. Proc. IEEE Conf. TENCON. 2017:1610—1613.
---
For citation: Petushkov S.V., Belov L.A., Vilderman E.N. Predistortion Compensation of the Intermodulation Products in Microwave Power Amplifiers. MPEI Vestnik. 2018;5:139—145. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2018-5-139-145.
