線性放大器

linear amplifier

本儀器是一種標準核儀器插件，它插入FH0001型插件機箱，主要用於閃爍探測器、正比計數管、裂變室及半導體探測器等輸出信號的成形和放大，除具有FH1001A，FH1002A放大器的一般特性外，還具有更好的線性和穩定性．因此是取代以上兩种放大器的新NIM插件。

輸出信號幅度與輸入信號度成正比的放大器。將輸入信號放大到需要功率電平的線性放大器稱為線性功率放大器，要求它的非線性失真最小，其互調要在-30dB以上。

1．放大倍數：5～750倍連續可調。

2．放大倍數的長期穩定性：≤0.1%。

3．放大倍數的溫度穩定性：≤0.02%/℃。

4．積分非線性：≤0.2%。

5．摺合到輸入端的雜訊：≤10μV。

6．過載：過載200倍，在2.5倍非過載脈衝寬度處恢復至基線的 2%。

7．輸入極性：正或負。輸出極性：正 輸出阻抗50Ω。

8．成形時間常數：0，0.5，1，2，3，4，5，6μS。

9．儀器在相對濕度為90%（30℃）條件下能正常工作。

10．運輸試驗：在加速度為（1～1.2）x 9.8m/s2頻率為20～40 Hz的條件下，進行運輸模擬試驗8小時后應能正常工作。

溫度範圍：0～50℃

相對濕度：≤90%(在40℃）

供電電源：±24V，30mA,±12V，10mA， 2W

射頻功率放大器的非線性失真會使其產生新的頻率分量，如對於二階失真會產生二次諧波和雙音拍頻，對於三階失真會產生三次諧波和多音拍頻。這些新的頻率分量如落在通帶內，將會對發射的信號造成直接干擾，如果落在通帶外將會幹擾其他頻道的信號。為此要對射頻功率放大器的進行線性化處理，這樣可以較好地解決信號的頻譜再生問題。射頻功放基本線性化技術的原理與方法不外乎是以輸入RF信號包絡的振幅和相位作為參考，與輸出信號比較，進而產生適當的校正。實現射頻功放線性化的常用技術有三種：功率回退、預失真、前饋。

這是最常用的方法，即選用功率較大的管子作小功率管使用，實際上是以犧牲直流功耗來提高功放的線性度。

功率回退法就是把功率放大器的輸入功率從1dB壓縮點(放大器有一個線性動態範圍，在這個範圍內，放大器的輸出功率隨輸入功率線性增加。隨著輸入功率的繼續增大，放大器漸漸進入飽和區，功率增益開始下降，通常把增益下降到比線性增益低1dB時的輸出功率值定義為輸出功率的1dB壓縮點，用P1dB表示。)向後回退6-10個分貝，工作在遠小於1dB壓縮點的電平上，使功率放大器遠離飽和區，進入線性工作區，從而改善功率放大器的三階交調係數。一般情況，當基波功率降低1dB時，三階交調失真改善2dB。

功率回退法簡單且易實現，不需要增加任何附加設備，是改善放大器線性度行之有效的方法，缺點是效率大為降低。另外，當功率回退到一定程度，當三階交調製達到-50dBc以下時，繼續回退將不再改善放大器的線性度。因此，在線性度要求很高的場合，完全靠功率回退是不夠的。

預失真就是在功率放大器前增加一個非線性電路用以補償功率放大器的非線性失真。

預失真線性化技術，它的優點在於不存在穩定性問題，有更寬的信號頻帶，能夠處理含多載波的信號。預失真技術成本較低，由幾個仔細選取的元件封裝成單一模塊，連在信號源與功放之間，就構成預失真線性功放。手持移動台中的功放已採用了預失真技術，它僅用少量的元件就降低了互調產物幾dB，但卻是很關鍵的幾dB。

預失真技術分為RF預失真和數字基帶預失真兩種基本類型。RF預失真一般採用模擬電路來實現，具有電路結構簡單、成本低、易於高頻、寬頻應用等優點，缺點是頻譜再生分量改善較少、高階頻譜分量抵消較困難。

數字基帶預失真由於工作頻率低，可以用數字電路實現，適應性強，而且可以通過增加採樣頻率和增大量化階數的辦法來抵消高階互調失真，是一種很有發展前途的方法。這種預失真器由一個矢量增益調節器組成，根據查找表(LUT)的內容來控制輸入信號的幅度和相位，預失真的大小由查找表的輸入來控制。矢量增益調節器一旦被優化，將提供一個與功放相反的非線性特性。理想情況下，這時輸出的互調產物應該與雙音信號通過功放的輸出幅度相等而相位相反，即自適應調節模塊就是要調節查找表的輸入，從而使輸入信號與功放輸出信號的差別最小。注意到輸入信號的包絡也是查找表的一個輸入，反饋路徑來取樣功放的失真輸出，然後經過A/D變換送入自適應調節DSP中，進而來更新查找表。

前饋技術起源於“反饋”，應該說它並不是什麼新技術，早在二三十年代就由美國貝爾實驗室提出來的。除了校準(反饋)是加於輸出之外，概念上完全是“反饋”。

前饋線性放大器通過耦合器、衰減器、合成器、延時線、功分器等組成兩個環路。射頻信號輸入后，經功分器分成兩路。一路進入主功率放大器，由於其非線性失真，輸出端除了有需要放大的主頻信號外，還有三階交調干擾。從主功放的輸出中耦合一部分信號，通過環路1抵消放大器的主載頻信號，使其只剩下反相的三階交調分量。三階交調分量經輔助放大器放大后，通過環路2抵消主放大器非線性產生的交調分量，從而了改善功放的線性度。

前饋技術既提供了較高校準精度的優點，又沒有不穩定和帶寬受限的缺點。當然，這些優點是用高成本換來的，由於在輸出校準，功率電平較大，校準信號需放大到較高的功率電平，這就需要額外的輔助放大器，而且要求這個輔助放大器本身的失真特性應處在前饋系統的指標之上。

前饋功放的抵消要求是很高的，需獲得幅度、相位和時延的匹配，如果出現功率變化、溫度變化及器件老化等均會造成抵消失靈。為此，在系統中考慮自適應抵消技術，使抵消能夠跟得上內外環境的變化。

判斷非線性與線性的的標準可以是：對放大器使用一個固定頻率f1和電平的輸入，觀測放大器的輸出，如果其輸出含有額外的頻率成分（一般是其諧波2f1,3f1...)則該放大器是非線性的。

從實際上來說，任何放大器其線性區/非線性區取決於輸入信號電平。當輸入信號電平大於一定值（P1dB）其輸出的非線性頻率成分會急劇增加。為了減少非線性產物一般要求輸入信號低於放大器P1dB3~6dB。

這裡還有一個信號調製方式的問題，比如GMSK調製信號的PAR(峰值/均值)~=0dB，其放大器對線性要求就比較低，因為其信號不會超過P1dB點而把放大器推入飽和區；QPSP的PAR=6~10的dB,其放大器對線性要求就比較高，否則信號很容易超過P1dB點而把放大器推入飽和區。OQPSK比QPSK的峰值要低一些，所以CDMA手機使用的功放不必是完全線性的。

實際上這個問題的最根本解釋要去看看低頻和高頻電子線路的書了。三基管的放大麴線只有在工作點較低的一段才是線性放大的，當工作點抬高以後，就進入了非線性放大區間。通常的甲類和乙類功率放大器是工作在線形區間的，但是起效率很低，通常只有30%~40%，大部分能量都耗在了極電極的內阻上，流通角大；而丙類放大器工作在非線性區間，效率很高，可以達到70%~80%，但是輸出的放大信號的波形會產生失真，從而產生諧波分量，因此，丙類放大器必須接在LC振蕩迴路中，因為LC振蕩迴路可以起到一定的濾波作用，filter一些諧波分量，保留基波分量。

因此，如果你採用的是恆包羅調製方式，可以採用非線性的放大器；而如果你採用的是非恆包羅調製方式，特別是峰均比較大的時候，必須採用線性方法器。