發布時間：2021-03-13所屬分類：教育職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：為了使學生深入理解功率放大器(功放)的非線性特性對信號傳輸的影響，將共享功放線性化平臺引入射頻電路課程實驗教學，將抽象難懂的非線性理論以及線性化過程轉化為可視化實驗，旨在提高學生的學習積極性，提升教學效果。該文對預失真模塊、線性化系統
摘要：為了使學生深入理解功率放大器(功放)的非線性特性對信號傳輸的影響，將共享功放線性化平臺引入射頻電路課程實驗教學，將抽象難懂的非線性理論以及線性化過程轉化為可視化實驗，旨在提高學生的學習積極性，提升教學效果。該文對預失真模塊、線性化系統、共享平臺搭建以及測量實例等進行了具體分析和講解，希望有助于學生對射頻電路實際應用的理解和掌握。
關鍵詞：功率放大器;預失真建模;共享平臺;教學實踐
隨著5G無線通信技術的發展，現代通信正在逐步實現大容量、高速度的數據傳輸。功率放大器(功放)是移動通信系統的核心組成元件，也是射頻通信系統的首要耗能元件，其主要功能是將直流能量轉化為高頻能量，以放大發射信號的輸出功率。在無線通信專業以及相關專業開設射頻電路設計[1-2]課尤為重要。該課程的內容主要是射頻電路元器件的理論分析和應用設計[3-6]，涵蓋了傳輸線、射頻濾波器、功放設計、諧振器和混頻器等。在射頻系統中，功放的耗能十分可觀，為維持整個系統的能源利用率，功放一般工作在非線性飽和區。但這樣雖然可以提高射頻系統的工作效率，但同時也引入了嚴重的非線性問題。本課程教學實驗環節的功放部分一般僅局限于硬件設計和性能觀測，對于功放的非線性問題更多是停留在理論分析層面，學生不能直觀了解非線性對實際信息傳輸的影響，也不能深入掌握此問題的有效解決方案。
目前，學術界以及工業界對于功放非線性矯正的研究和應用已經非常普遍。其中，(數字)預失真矯正方案[7-9]，在學術界和工業界得到了廣泛認可。其原理相對簡單易懂，適合本科生的知識水平。為了緊跟行業發展、加快知識更新，本文將功放的預失真線性化方法引入射頻電路設計實驗環節，目的是使學生對功放的非線性問題有更加深入的理解和認識，并與工業界的實際應用接軌，搭起理論與實際應用之間的橋梁。同時，考慮實驗平臺搭建的資金成本，本文提出了交互共享的功放線性化平臺實驗方案，通過遠程操作訪問功放測試平臺，可做到多人分時收發數據。本文還將對預失真的模型構建、參數提取、實驗平臺組成等做具體介紹。最后，結合工業界指標對系統的性能進行測試和分析，使學生能夠對所學內容進行系統化整合，更加透徹地認識和理解射頻系統的工作原理和應用過程。
1數字預失真矯正基本原理
硬件的固有屬性會導致功放出現嚴重的非線性特性。為矯正功放的非線性特性，首先需要構建功放的反函數，即數字預失真模塊。而后，將預失真模塊與功放級聯，最終可以得到一條線性化輸出特性曲線[10]。其原理如圖1所示。
2數字預失真系統實驗平臺搭建及測試
模擬器件的非線性將導致無線信號失真，學生對于信號的失真以及非線性特性的矯正大多停留在理論層面，并不十分知曉工業界的具體應用和實際操作。為了讓學生直觀感受非線性特性的表象，并熟悉、掌握工業界對功放的線性化過程，本文提出共享功放線性化平臺的課程教學實驗構想，并對平臺的具體搭建和實例測試進行描述。
2.1數字預失真系統實驗平臺搭建
共享實驗平臺包括射頻發射接收區、MATLAB交互區以及遠程用戶區，如圖3所示。射頻發射區是實驗的具體實施部分，傳輸信號由交互中心處理器發送到函數信號發生器。信號被上變頻到射頻域，再發射到功放。射頻輸出信號經過衰減器和頻譜分析儀，下變頻到基帶域。基帶信息被反饋回中心處理器，用于后續的數據處理和觀測。為構建MATLAB交互區，需要通過MATLAB軟件編寫交互程序，此程序指令可為遠程用戶提供遠程發射和接收數據的網絡端口，進而實現遠程數據傳輸。當用戶數量較多時，交互處理器將按用戶的先后順序接收和發送傳輸數據。最后，遠程用戶(這里特指學生)可實現在用戶端編寫預失真參數提取模塊以及預失真運行模塊，繼而實現功放的遠程非線性矯正。
此共享平臺的搭建可盡可能讓所有遠程用戶訪問同一個射頻功放，從而可以對線性化結果做公平客觀的比較。此外，共享平臺可以大大減少教學實驗平臺的資金投入，從而有效緩解實驗設備緊張等問題。
3結語
本文提出將共享功放線性化平臺引入射頻電路設計的實驗環節，對預失真模型、參數提取、共享實驗平臺搭建以及實例測試進行了詳細介紹，希望幫助學生更好地理解和掌握射頻系統的實際應用。——論文作者：曹文慧1,3，蔡佳林1，陳世昌1，劉然彬2
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