[通信工程电子信息工程信息工程论文]卫星转发器非线性失真原因分析

[通信工程电子信息工程信息工程论文]卫星转发器非线性失真原因分析内容摘要：

种简化的多项式函数关系为：  cu bu au )(uu 5i3ii0  i （ 1） 其中 a， b， c 等是常数。 具体的放大器对应着不同的常数和阶数去逼近输出与输入的函数关系。 此外，还可以用一些简化模型表示放大器输出与输入之间的函数关系。 图 4( a)中的曲线是使用正交模型画出的幅度非线性曲线。 7 图 4 高功放的幅度非线性和相位非线性曲线 透明转发器的调幅 — 调相转换效应 TWAT 功放的非线性除瞬时幅度非线性外，还有 AM /PM 效应，即 输入信号的包络变化会引起输出信号的相位变化，如图 4( b)中的曲线是使用正交模型画出的输出相移随输入信号幅度变化的非线性曲线。 当输入到功放的激励电平减小到饱和电平以下时， AM /PM 转换效应通常要超过瞬时幅度非线性的影响而占主导地位。 图 5 是 TWTA 的 AM /PM 转换效应模型。 图中 A ( t)是输入信号包络， (A)  是由 AM /PM 转换效应引起的相移。 当激励电平很小时，由包络起伏所引起的相位调制近似与包络平方成正比，也即 当 A 足够小时 ,它与输入功率电平成正比，即 ( 2) t )(A2K( A ) 2 对不同的放大器 ,常数 K 是不同的。 图 5 AMPM 非线性模型 8 透明转发器的 AM /PM 和瞬时幅度非线性的复合效应 图 6 给出了 TWTA 功放的近似模型。 在图 6 中 ,假设 2KA )(A  ，瞬时幅度非线性是简单的三次方形式 3 ZK Z ) Z( F3，当输 入为 ) t c o s(A T) ( X 0   时，则输出是 ) t ( c o sAK ) t ( c o sA ) Z( F 03 330   ) t(3 ) t ( c os43 AK ) t ( c osA 003330   (3) 当忽略 ) t(3 0  时，带通滤波器的输出为 3   )](c o s []431[ 023 AtAAKty   )]ts in (]21)[[ c o s (]431[02023   tAAK (4) 当 2/1)( A 时， 若 AM /PM效应是 2)( KAA  ，输出就变成     )c o s ( 0   ttAty )]0c o s ([43 23   tAAK )]c os ([43)s in ([04302   tAAKtAKA )]c os ([21 02 4   tAAK (5) 式中，第二项是幅度非线性本身造成的失真，第三项和第五项是 AMPM 效应，第四项则表示 AMPM 与幅度非线性之间的相互作用结果。 9 图 6 TWTA 的非线性模型 第三章 交调干扰与互调干扰 由上边所述可以知道由于转发器的非线性，会导致转发过程中产生一些额外的频率成分，而正是这些频率成分会造成交调干扰和互调干扰。 交调干扰及解决措施 交调干扰 当载波通过 TWTA 放大时，由于 TWTA 的非线性而产生各种组合频率成分。 当这些组合频率一旦落入通带内，便会造成对有用信号的干扰，这种干扰就是交调干扰。 已知 AM/AM 的变换近似为  5533)( iiiiio uauauauu （ 31） 假设仅有振幅分线性的情况，且转发器的输入是由 n 个等频率间隔。 等振幅载波组成饿输入信号  ni iiittAu1))(c os (  （ 32） 输入信号的总功率为 221nAPti  （ 33） 将 iu 带（ 31）式得 HIttBuMini n )](c o s [10 （ 34） 式中： H 是谐波（ iK ）项； MI 是落入通带内的交调成分，其组合频率是  12  ii ff 、 10  21   iii fff 等； nB 为各个载波的输出电压幅度   )]1(23)2(161[)(15)21)((31{2 21513211  nnnnPaannPaanPaB tititin }]241)1(2434)2)((3)3)(2)(1[()(105 317  nninnnnnPaa ti 式中： 211 2 nPa ti 为 AM/AM 变换特性的线性部分所产生的输出电压幅度，括号 n 的函数表示因非线性特性所造成的输出电压被压缩的因子。 对于 TWTA 幅度非线性所产生的交调成分也可将式（ 32）代入式（ 31） 中求得。 在交调成分中频率为  12  ii ff ，  21   iii fff 的三阶类型影响最大，而频率为 21   iii fff 的五阶类型影响最小。 解决措施 交调干扰是比较突出的问题，因此人们研究了不少减少交调干扰的的方法。 （ 1） 控制各载波中心频率的间隔，合理分配不同幅度、不同容量的载波位置 当载波数较大时，必须根据交调产物的分布情况，合理的选择个载波中心频率的间隔而不要等间隔的配置。 选择载波频率间隔的方法有很多，但在实际卫星系统中，经卫星转发器的各载波往往是幅度和频带都不相等，常常需要结合实验研究载波的配置方法。 （ 2） 加能量扩散信号 当调频多路电话负荷很轻时，调频信号频谱就会出现能量集中分布的高峰。 这样将会在卫星转发器内出现高电平三次或五次交调产物。 所以对多路电话调频的载波来说，当通话减少或接近调制的时候，若用一个适当的信号对载波进行调制，就可使调频信号品扑在工作频带内均匀分布，从而降低干扰电平。 这个信号就是所谓能量扩散信号，实际上它是一个 20~150Hz 的对称三角波。 （ 3） 对上行线路的载波功率的控制 因行波管的非线性会产生交调分量外，还会出现强信号抑制弱信号的“功率掠夺”现 11。