CN107231133B - 一种短波功率放大器谐波非线性捕获方法 - Google Patents

一种短波功率放大器谐波非线性捕获方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种短波功率放大器谐波非线性捕获方法，该方法首先将短波功率放大器输出信号分为并行的5路信号输出，将短波功率放大器输出信号的中心频率记为f0；然后将5路信号分别进行频谱搬移处理得到5路频谱搬移后的信号，接着采用合路器将5路频谱搬移后的信号进行合并得到混合信号，最后通过模数转换器对所述的混合信号进行非线性采集；优点是在保证尽量采集到功放较多的高次谐波的基础上，可以大大降低ADC的采样率。

Description

一种短波功率放大器谐波非线性捕获方法
技术领域
本发明涉及一种谐波非线性捕获方法，尤其是涉及一种短波功率放大器谐波非线性捕获方法。
背景技术
短波主要通过天波路径传播，频率范围为1.6MHz～30MHz。短波通信系统具有传输距离远、机动灵活、成本低廉以及架设方便等优点，因此被广泛应用于军事、船运交通、气象、地震探测以及应急抢险等领域。功率放大器作为短波通信系统核心的模块之一，其非线性失真一直是制约短波通信发展的关键问题。短波功放的非线性失真主要由两种非线性失真构成：一种是谐波失真，该失真信号往往会落在有效信号带外，一般通过滤波器抑制；另一种是互调失真，这种失真会落在有效信号带内，难以通过滤波器滤除，需要通过线性化技术进行消除。
短波功放的非线性失真主要由两种非线性失真构成：一种是谐波失真，该失真信号往往会落在有效信号带外，一般通过滤波器抑制；另一种是互调失真，这种失真会落在有效信号带内，难以通过滤波器滤除，需要通过线性化技术进行消除。目前短波功放谐波的抑制手段主要是通过滤波器进行削弱。然而采用滤波器进行谐波抑制面临以下问题：(1)通信频段覆盖整个短波频段时，谐波滤波器需要分段，其切换继电器寿命有限。而且在大功率时，继电器的切换容易出现打火，甚至触点烧毁；(2)模拟滤波器的体积一般较大，尤其是大功率短波功放谐波滤波器；(3)模拟滤波器技术已很难得到更大衰减的阻带，并且现有的滤波解决手段对谐波的抑制已经基本达到了极限。
由于模拟滤波器的种种局限性，在现有基础上让谐波失真得到进一步抑制成为严峻的挑战，数字预失真技术在短波功放的谐波非线性矫正领域得到了广泛的应用。数字预失真技术通过捕获到短波功放输出的谐波信号，获取该谐波信号的非线性特性后对其进行非线性补偿。短波功放虽然工作频率较低，但其谐波频率却非常高，其中心频率f0远大于50KHz，其七次谐波频率为7*f0MHz，如果直接采集，则ADC的采样率至少14*f0Msps。高采样率的ADC不仅成本高昂，也为后期FPGA和数字信号处理器的吞吐量和计算速度带来沉重的压力。因此如何在降低ADC采样压力的同时，尽量采集到功放较多的高次谐波成为研究的一个关键科学问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在保证尽量采集到功放较多的高次谐波的基础上，可以降低ADC的采样率的短波功率放大器谐波非线性捕获方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种短波功率放大器谐波非线性捕获方法，包括以下步骤：
(1)将短波功率放大器输出信号分为并行的5路信号输出，将短波功率放大器输出信号的中心频率记为f0；
(2)将第1路信号先采用第一带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(f0-10)KHz～(f0+10)KHz的第一基波信号，然后采用本振频为f0的第一混频器对所述的第一基波信号进行混频处理，得到第二基波信号，所述的第二基波信号包含频率范围为-10KHz～10KHz的第三基波信号和频率范围为(2*f0-10)KHz～(2*f0+10)KHz的第四基波信号，最后采用第一低通滤波器将频率范围为(2*f0-10)KHz～(2*f0+10)KHz的第四基波信号滤除，得到频率范围为-10KHz～10KHz的第三基波信号；
将第2路信号先采用第二带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(2*f0-20)KHz～(2*f0+20)KHz的第一二次谐波信号，然后采用本振频为2*f0-Δf的第二混频器对所述的第一二次谐波信号进行混频处理，得到第二二次谐波信号，Δf＝100KHz，所述的第二二次谐波信号包含频率范围为(Δf-20)KHz～(Δf+20)KHz的第三二次谐波信号和频率范围为(4*f0-Δf-20)KHz～(4*f0-Δf+20)KHz的第四二次谐波信号，最后采用第二低通滤波器将频率范围为(4*f0-Δf-20)KHz～(4*f0-Δf+20)KHz的第四二次谐波信号滤除，得到频率范围为(Δf-20)KHz～(Δf+20)KHz的第三二次谐波信号；
将第3路信号先采用第三带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(3*f0-30)KHz～(3*f0+30)KHz的第一三次谐波信号，然后采用本振频为3*f0-2*Δf的第三混频器对所述的第一三次谐波信号进行混频处理，得到第二三次谐波信号，所述的第二三次谐波信号包含频率范围为(2*Δf-30)KHz～(2*△f+30)KHz的第三三次谐波信号和频率范围为(6*f0-2*△f-30)KHz～(6*f0-2*△f+30)KHz的第四三次谐波信号，最后采用第三低通滤波器将频率范围为(6*f0-2*△f-30)KHz～(6*f0-2*△f+30)KHz的第四三次谐波信号滤除，得到频率范围为(2*△f-30)KHz～(2*△f+30)KHz的第三三次谐波信号；
将第4路信号先采用第四带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(4*f0-40)KHz～(4*f0+40)KHz的第一四次谐波信号，然后采用本振频为4*f0-3*△f的第四混频器对所述的第一四次谐波信号进行混频处理，得到第二四次谐波信号，所述的第二四次谐波信号包含频率范围为(3*△f-40)KHz～(3*△f+40)KHz的第三四次谐波信号和频率范围为(8*f0-3*Δf-40)KHz～(8*f0-3*Δf+40)KHz的第四四次谐波信号，最后采用第四低通滤波器将频率范围为(8*f0-3*Δf-40)KHz～(8*f0-3*Δf+40)KHz的第四四次谐波信号滤除，得到频率范围为(3*Δf-40)KHz～(3*Δf+40)KHz的第三四次谐波信号；
将第5路信号先采用第五带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(5*f0-50)KHz～(5*f0+50)KHz的第一五次谐波信号，然后采用本振频为5*f0-4*Δf的第五混频器对所述的第一五次谐波信号进行混频处理，得到第二五次谐波信号，所述的第二五次谐波信号包含频率范围为(4*Δf-50)KHz～(4*Δf+50)KHz的第三五次谐波信号和频率范围为(10*f0-4*△f-50)KHz～(10*f0-4*△f+50)KHz的第四五次谐波信号，最后采用第五低通滤波器将频率范围为(10*f0-4*△f-50)KHz～(10*f0-4*△f+50)KHz的第四五次谐波信号滤除，得到频率范围为(4*△f-50)KHz～(4*△f+50)KHz的第三五次谐波信号；
(3)将所述的第三基波信号、所述的第三二次谐波信号、所述的第三三次谐波信号、所述的第三四次谐波信号和所述的第三五次谐波信号通过合路器进行合成得到混合信号，所述的混合信号包括频率范围为-10KHz～10KHz的第三基波信号、频率范围为(△f-20)KHz～(△f+20)KHz的第三二次谐波信号、频率范围为(2*△f-30)KHz～(2*△f+30)KHz的第三三次谐波信号、频率范围为(3*△f-40)KHz～(3*△f+40)KHz的第三四次谐波信号和频率范围为(4*△f-50)KHz～(4*△f+50)KHz的第三五次谐波信号；
(4)采用模数转换器对所述的混合信号进行非线性采集。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过将短波功率放大器输出信号分为并行的5路信号输出，将短波功率放大器输出信号的中心频率记为f0；将第1路信号先采用第一带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(f0-10)KHz～(f0+10)KHz的第一基波信号，然后采用本振频为f0的第一混频器对第一基波信号进行混频处理，得到第二基波信号，第二基波信号包含频率范围为-10KHz～10KHz的第三基波信号和频率范围为(2*f0-10)KHz～(2*f0+10)KHz的第四基波信号，最后采用第一低通滤波器将频率范围为(2*f0-10)KHz～(2*f0+10)KHz的第四基波信号滤除，得到频率范围为-10KHz～10KHz的第三基波信号；将第2路信号先采用第二带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(2*f0-20)KHz～(2*f0+20)KHz的第一二次谐波信号，然后采用本振频为2*f0-△f的第二混频器对第一二次谐波信号进行混频处理，得到第二二次谐波信号，△f＝100KHz，第二二次谐波信号包含频率范围为(△f-20)KHz～(△f+20)KHz的第三二次谐波信号和频率范围为(4*f0-△f-20)KHz～(4*f0-Δf+20)KHz的第四二次谐波信号，最后采用第二低通滤波器将频率范围为(4*f0-△f-20)KHz～(4*f0-Δf+20)KHz的第四二次谐波信号滤除，得到频率范围为(Δf-20)KHz～(Δf+20)KHz的第三二次谐波信号；将第3路信号先采用第三带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(3*f0-30)KHz～(3*f0+30)KHz的第一三次谐波信号，然后采用本振频为3*f0-2*Δf的第三混频器对第一三次谐波信号进行混频处理，得到第二三次谐波信号，第二三次谐波信号包含频率范围为(2*△f-30)KHz～(2*Δf+30)KHz的第三三次谐波信号和频率范围为(6*f0-2*Δf-30)KHz～(6*f0-2*Δf+30)KHz的第四三次谐波信号，最后采用第三低通滤波器将频率范围为(6*f0-2*Δf-30)KHz～(6*f0-2*Δf+30)KHz的第四三次谐波信号滤除，得到频率范围为(2*△f-30)KHz～(2*△f+30)KHz的第三三次谐波信号；将第4路信号先采用第四带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(4*f0-40)KHz～(4*f0+40)KHz的第一四次谐波信号，然后采用本振频为4*f0-3*△f的第四混频器对第一四次谐波信号进行混频处理，得到第二四次谐波信号，第二四次谐波信号包含频率范围为(3*△f-40)KHz～(3*△f+40)KHz的第三四次谐波信号和频率范围为(8*f0-3*△f-40)KHz～(8*f0-3*△f+40)KHz的第四四次谐波信号，最后采用第四低通滤波器将频率范围为(8*f0-3*△f-40)KHz～(8*f0-3*△f+40)KHz的第四四次谐波信号滤除，得到频率范围为(3*△f-40)KHz～(3*△f+40)KHz的第三四次谐波信号；将第5路信号先采用第五带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(5*f0-50)KHz～(5*f0+50)KHz的第一五次谐波信号，然后采用本振频为5*f0-4*△f的第五混频器对第一五次谐波信号进行混频处理，得到第二五次谐波信号，第二五次谐波信号包含频率范围为(4*△f-50)KHz～(4*△f+50)KHz的第三五次谐波信号和频率范围为(10*f0-4*△f-50)KHz～(10*f0-4*△f+50)KHz的第四五次谐波信号，最后采用第五低通滤波器将频率范围为(10*f0-4*△f-50)KHz～(10*f0-4*Δf+50)KHz的第四五次谐波信号滤除，得到频率范围为(4*△f-50)KHz～(4*△f+50)KHz的第三五次谐波信号；将第三基波信号、第三二次谐波信号、第三三次谐波信号、第三四次谐波信号和第三五次谐波信号通过合路器进行合成得到混合信号，混合信号包括频率范围为-10KHz～10KHz的第三基波信号、频率范围为(△f-20)KHz～(△f+20)KHz的第三二次谐波信号、频率范围为(2*△f-30)KHz～(2*△f+30)KHz的第三三次谐波信号、频率范围为(3*△f-40)KHz～(3*△f+40)KHz的第三四次谐波信号和频率范围为(4*△f-50)KHz～(4*△f+50)KHz的第三五次谐波信号；采用模数转换器对混合信号进行非线性采集；本发明的方法相对于现有的直接通过ADC进行谐波采集的方法来说，在采集五次谐波时，现有的方法中ADC的采样率至少为2*(5*f0+50)KHz，而采用本发明的经过频谱搬移后，ADC的采样率最低可以2×(4△f+50KHz)，远远低于直接采集所需ADC的采样率，由此本发明在保证尽量采集到功放较多的高次谐波的基础上，可以大大降低ADC的采样率。
附图说明
图1为本发明的短波功率放大器谐波非线性捕获方法中谐波聚合原理图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例：一种短波功率放大器谐波非线性捕获方法，包括以下步骤：
(1)将短波功率放大器输出信号分为并行的5路信号输出，将短波功率放大器输出信号的中心频率记为f0；
(2)将第1路信号先采用第一带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(f0-10)KHz～(f0+10)KHz的第一基波信号，然后采用本振频为f0的第一混频器对第一基波信号进行混频处理，得到第二基波信号，第二基波信号包含频率范围为-10KHz～10KHz的第三基波信号和频率范围为(2*f0-10)KHz～(2*f0+10)KHz的第四基波信号，最后采用第一低通滤波器将频率范围为(2*f0-10)KHz～(2*f0+10)KHz的第四基波信号滤除，得到频率范围为-10KHz～10KHz的第三基波信号；
将第2路信号先采用第二带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(2*f0-20)KHz～(2*f0+20)KHz的第一二次谐波信号，然后采用本振频为2*f0-△f的第二混频器对第一二次谐波信号进行混频处理，得到第二二次谐波信号，△f＝100KHz，第二二次谐波信号包含频率范围为(△f-20)KHz～(△f+20)KHz的第三二次谐波信号和频率范围为(4*f0-△f-20)KHz～(4*f0-△f+20)KHz的第四二次谐波信号，最后采用第二低通滤波器将频率范围为(4*f0-△f-20)KHz～(4*f0-△f+20)KHz的第四二次谐波信号滤除，得到频率范围为(△f-20)KHz～(△f+20)KHz的第三二次谐波信号；
将第3路信号先采用第三带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(3*f0-30)KHz～(3*f0+30)KHz的第一三次谐波信号，然后采用本振频为3*f0-2*△f的第三混频器对第一三次谐波信号进行混频处理，得到第二三次谐波信号，第二三次谐波信号包含频率范围为(2*△f-30)KHz～(2*△f+30)KHz的第三三次谐波信号和频率范围为(6*f0-2*△f-30)KHz～(6*f0-2*△f+30)KHz的第四三次谐波信号，最后采用第三低通滤波器将频率范围为(6*f0-2*△f-30)KHz～(6*f0-2*△f+30)KHz的第四三次谐波信号滤除，得到频率范围为(2*△f-30)KHz～(2*△f+30)KHz的第三三次谐波信号；
将第4路信号先采用第四带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(4*f0-40)KHz～(4*f0+40)KHz的第一四次谐波信号，然后采用本振频为4*f0-3*△f的第四混频器对第一四次谐波信号进行混频处理，得到第二四次谐波信号，第二四次谐波信号包含频率范围为(3*△f-40)KHz～(3*△f+40)KHz的第三四次谐波信号和频率范围为(8*f0-3*△f-40)KHz～(8*f0-3*△f+40)KHz的第四四次谐波信号，最后采用第四低通滤波器将频率范围为(8*f0-3*Δf-40)KHz～(8*f0-3*Δf+40)KHz的第四四次谐波信号滤除，得到频率范围为(3*Δf-40)KHz～(3*Δf+40)KHz的第三四次谐波信号；
将第5路信号先采用第五带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(5*f0-50)KHz～(5*f0+50)KHz的第一五次谐波信号，然后采用本振频为5*f0-4*Δf的第五混频器对第一五次谐波信号进行混频处理，得到第二五次谐波信号，第二五次谐波信号包含频率范围为(4*Δf-50)KHz～(4*Δf+50)KHz的第三五次谐波信号和频率范围为(10*f0-4*Δf-50)KHz～(10*f0-4*Δf+50)KHz的第四五次谐波信号，最后采用第五低通滤波器将频率范围为(10*f0-4*Δf-50)KHz～(10*f0-4*Δf+50)KHz的第四五次谐波信号滤除，得到频率范围为(4*Δf-50)KHz～(4*Δf+50)KHz的第三五次谐波信号；
(3)将第三基波信号、第三二次谐波信号、第三三次谐波信号、第三四次谐波信号和第三五次谐波信号通过合路器进行合成得到混合信号，混合信号包括频率范围为-10KHz～10KHz的第三基波信号、频率范围为(Δf-20)KHz～(Δf+20)KHz的第三二次谐波信号、频率范围为(2*Δf-30)KHz～(2*Δf+30)KHz的第三三次谐波信号、频率范围为(3*Δf-40)KHz～(3*Δf+40)KHz的第三四次谐波信号和频率范围为(4*Δf-50)KHz～(4*Δf+50)KHz的第三五次谐波信号；
(4)采用模数转换器对混合信号进行非线性采集。
本发明的短波功率放大器谐波非线性捕获方法中谐波聚合原理如图1所示。本发明的短波功率放大器谐波非线性捕获方法的优势在于如果直接采集包括五次谐波及相应互调失真分量，ADC的采样率则至少为2*(5*f0+50)KHz。而采用本发明的短波功率放大器谐波非线性捕获方法进行频谱搬移后，ADC的采样率最低可以2×(4Δf+50KHz)，远远低于直接采集。另外，采用“谐波聚合”的方式还可以避免谐波分开采集造成的信号同步问题，也为同一行为模型表征功放的所有非线性提供了训练目标信号样本。

Claims (1)

1.一种短波功率放大器谐波非线性捕获方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将短波功率放大器输出信号分为并行的5路信号输出，将短波功率放大器输出信号的中心频率记为f0；
(2)将第1路信号先采用第一带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(f0-10)KHz～(f0+10)KHz的第一基波信号，然后采用本振频为f0的第一混频器对所述的第一基波信号进行混频处理，得到第二基波信号，所述的第二基波信号包含频率范围为-10KHz～10KHz的第三基波信号和频率范围为(2*f0-10)KHz～(2*f0+10)KHz的第四基波信号，最后采用第一低通滤波器将频率范围为(2*f0-10)KHz～(2*f0+10)KHz的第四基波信号滤除，得到频率范围为-10KHz～10KHz的第三基波信号；
将第2路信号先采用第二带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(2*f0-20)KHz～(2*f0+20)KHz的第一二次谐波信号，然后采用本振频为2*f0-△f的第二混频器对所述的第一二次谐波信号进行混频处理，得到第二二次谐波信号，△f＝100KHz，所述的第二二次谐波信号包含频率范围为(△f-20)KHz～(△f+20)KHz的第三二次谐波信号和频率范围为(4*f0-△f-20)KHz～(4*f0-△f+20)KHz的第四二次谐波信号，最后采用第二低通滤波器将频率范围为(4*f0-△f-20)KHz～(4*f0-△f+20)KHz的第四二次谐波信号滤除，得到频率范围为(△f-20)KHz～(△f+20)KHz的第三二次谐波信号；
将第3路信号先采用第三带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(3*f0-30)KHz～(3*f0+30)KHz的第一三次谐波信号，然后采用本振频为3*f0-2*△f的第三混频器对所述的第一三次谐波信号进行混频处理，得到第二三次谐波信号，所述的第二三次谐波信号包含频率范围为(2*△f-30)KHz～(2*△f+30)KHz的第三三次谐波信号和频率范围为(6*f0-2*△f-30)KHz～(6*f0-2*△f+30)KHz的第四三次谐波信号，最后采用第三低通滤波器将频率范围为(6*f0-2*△f-30)KHz～(6*f0-2*△f+30)KHz的第四三次谐波信号滤除，得到频率范围为(2*△f-30)KHz～(2*△f+30)KHz的第三三次谐波信号；
将第4路信号先采用第四带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(4*f0-40)KHz～(4*f0+40)KHz的第一四次谐波信号，然后采用本振频为4*f0-3*△f的第四混频器对所述的第一四次谐波信号进行混频处理，得到第二四次谐波信号，所述的第二四次谐波信号包含频率范围为(3*△f-40)KHz～(3*△f+40)KHz的第三四次谐波信号和频率范围为(8*f0-3*△f-40)KHz～(8*f0-3*△f+40)KHz的第四四次谐波信号，最后采用第四低通滤波器将频率范围为(8*f0-3*Δf-40)KHz～(8*f0-3*Δf+40)KHz的第四四次谐波信号滤除，得到频率范围为(3*Δf-40)KHz～(3*Δf+40)KHz的第三四次谐波信号；
将第5路信号先采用第五带通滤波器进行滤波处理，得到频率范围为(5*f0-50)KHz～(5*f0+50)KHz的第一五次谐波信号，然后采用本振频为5*f0-4*Δf的第五混频器对所述的第一五次谐波信号进行混频处理，得到第二五次谐波信号，所述的第二五次谐波信号包含频率范围为(4*Δf-50)KHz～(4*Δf+50)KHz的第三五次谐波信号和频率范围为(10*f0-4*Δf-50)KHz～(10*f0-4*Δf+50)KHz的第四五次谐波信号，最后采用第五低通滤波器将频率范围为(10*f0-4*Δf-50)KHz～(10*f0-4*Δf+50)KHz的第四五次谐波信号滤除，得到频率范围为(4*Δf-50)KHz～(4*Δf+50)KHz的第三五次谐波信号；
(3)将所述的第三基波信号、所述的第三二次谐波信号、所述的第三三次谐波信号、所述的第三四次谐波信号和所述的第三五次谐波信号通过合路器进行合成得到混合信号，所述的混合信号包括频率范围为-10KHz～10KHz的第三基波信号、频率范围为(Δf-20)KHz～(Δf+20)KHz的第三二次谐波信号、频率范围为(2*△f-30)KHz～(2*Δf+30)KHz的第三三次谐波信号、频率范围为(3*Δf-40)KHz～(3*Δf+40)KHz的第三四次谐波信号和频率范围为(4*Δf-50)KHz～(4*Δf+50)KHz的第三五次谐波信号；
(4)采用模数转换器对所述的混合信号进行非线性采集。
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