本發(fā)明涉及一種諧波非線性捕獲方法，尤其是涉及一種短波功率放大器諧波非線性捕獲方法。

背景技術(shù)：

短波主要通過天波路徑傳播，頻率范圍為1.6mhz～30mhz。短波通信系統(tǒng)具有傳輸距離遠(yuǎn)、機(jī)動(dòng)靈活、成本低廉以及架設(shè)方便等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于軍事、船運(yùn)交通、氣象、地震探測(cè)以及應(yīng)急搶險(xiǎn)等領(lǐng)域。功率放大器作為短波通信系統(tǒng)核心的模塊之一，其非線性失真一直是制約短波通信發(fā)展的關(guān)鍵問題。短波功放的非線性失真主要由兩種非線性失真構(gòu)成：一種是諧波失真，該失真信號(hào)往往會(huì)落在有效信號(hào)帶外，一般通過濾波器抑制；另一種是互調(diào)失真，這種失真會(huì)落在有效信號(hào)帶內(nèi)，難以通過濾波器濾除，需要通過線性化技術(shù)進(jìn)行消除。

短波功放的非線性失真主要由兩種非線性失真構(gòu)成：一種是諧波失真，該失真信號(hào)往往會(huì)落在有效信號(hào)帶外，一般通過濾波器抑制；另一種是互調(diào)失真，這種失真會(huì)落在有效信號(hào)帶內(nèi)，難以通過濾波器濾除，需要通過線性化技術(shù)進(jìn)行消除。目前短波功放諧波的抑制手段主要是通過濾波器進(jìn)行削弱。然而采用濾波器進(jìn)行諧波抑制面臨以下問題：(1)通信頻段覆蓋整個(gè)短波頻段時(shí)，諧波濾波器需要分段，其切換繼電器壽命有限。而且在大功率時(shí)，繼電器的切換容易出現(xiàn)打火，甚至觸點(diǎn)燒毀；(2)模擬濾波器的體積一般較大，尤其是大功率短波功放諧波濾波器；(3)模擬濾波器技術(shù)已很難得到更大衰減的阻帶，并且現(xiàn)有的濾波解決手段對(duì)諧波的抑制已經(jīng)基本達(dá)到了極限。

由于模擬濾波器的種種局限性，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上讓諧波失真得到進(jìn)一步抑制成為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，數(shù)字預(yù)失真技術(shù)在短波功放的諧波非線性矯正領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字預(yù)失真技術(shù)通過捕獲到短波功放輸出的諧波信號(hào)，獲取該諧波信號(hào)的非線性特性后對(duì)其進(jìn)行非線性補(bǔ)償。短波功放雖然工作頻率較低，但其諧波頻率卻非常高，其中心頻率f0遠(yuǎn)大于50khz，其七次諧波頻率為7*f0mhz，如果直接采集，則adc的采樣率至少14*f0msps。高采樣率的adc不僅成本高昂，也為后期fpga和數(shù)字信號(hào)處理器的吞吐量和計(jì)算速度帶來沉重的壓力。因此如何在降低adc采樣壓力的同時(shí)，盡量采集到功放較多的高次諧波成為研究的一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種在保證盡量采集到功放較多的高次諧波的基礎(chǔ)上，可以降低adc的采樣率的短波功率放大器諧波非線性捕獲方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種短波功率放大器諧波非線性捕獲方法，包括以下步驟：

(1)將短波功率放大器輸出信號(hào)分為并行的5路信號(hào)輸出，將短波功率放大器輸出信號(hào)的中心頻率記為f0；

(2)將第1路信號(hào)先采用第一帶通濾波器進(jìn)行濾波處理，得到頻率范圍為(f0-10)khz～(f0+10)khz的第一基波信號(hào)，然后采用本振頻為f0的第一混頻器對(duì)所述的第一基波信號(hào)進(jìn)行混頻處理，得到第二基波信號(hào)，所述的第二基波信號(hào)包含頻率范圍為-10khz～10khz的第三基波信號(hào)和頻率范圍為(2*f0-10)khz～(2*f0+10)khz的第四基波信號(hào)，最后采用第一低通濾波器將頻率范圍為(2*f0-10)khz～(2*f0+10)khz的第四基波信號(hào)濾除，得到頻率范圍為-10khz～10khz的第三基波信號(hào)；

將第2路信號(hào)先采用第二帶通濾波器進(jìn)行濾波處理，得到頻率范圍為(2*f0-20)khz～(2*f0+20)khz的第一二次諧波信號(hào)，然后采用本振頻為2*f0-δf的第二混頻器對(duì)所述的第一二次諧波信號(hào)進(jìn)行混頻處理，得到第二二次諧波信號(hào)，δf＝100khz，所述的第二二次諧波信號(hào)包含頻率范圍為(δf-20)khz～(δf+20)khz的第三二次諧波信號(hào)和頻率范圍為(4*f0-δf-20)khz～(4*f0-δf+20)khz的第四二次諧波信號(hào)，最后采用第二低通濾波器將頻率范圍為(4*f0-δf-20)khz～(4*f0-δf+20)khz的第四二次諧波信號(hào)濾除，得到頻率范圍為(δf-20)khz～(δf+20)khz的第三二次諧波信號(hào)；

將第3路信號(hào)先采用第三帶通濾波器進(jìn)行濾波處理，得到頻率范圍為(3*f0-30)khz～(3*f0+30)khz的第一三次諧波信號(hào)，然后采用本振頻為3*f0-2*δf的第三混頻器對(duì)所述的第一三次諧波信號(hào)進(jìn)行混頻處理，得到第二三次諧波信號(hào)，所述的第二三次諧波信號(hào)包含頻率范圍為(2*δf-30)khz～(2*δf+30)khz的第三三次諧波信號(hào)和頻率范圍為(6*f0-2*δf-30)khz～(6*f0-2*δf+30)khz的第四三次諧波信號(hào)，最后采用第三低通濾波器將頻率范圍為(6*f0-2*δf-30)khz～(6*f0-2*δf+30)khz的第四三次諧波信號(hào)濾除，得到頻率范圍為(2*δf-30)khz～(2*δf+30)khz的第三三次諧波信號(hào)；

將第4路信號(hào)先采用第四帶通濾波器進(jìn)行濾波處理，得到頻率范圍為(4*f0-40)khz～(4*f0+40)khz的第一四次諧波信號(hào)，然后采用本振頻為4*f0-3*δf的第四混頻器對(duì)所述的第一四次諧波信號(hào)進(jìn)行混頻處理，得到第二四次諧波信號(hào)，所述的第二四次諧波信號(hào)包含頻率范圍為(3*δf-40)khz～(3*δf+40)khz的第三四次諧波信號(hào)和頻率范圍為(8*f0-3*δf-40)khz～(8*f0-3*δf+40)khz的第四四次諧波信號(hào)，最后采用第四低通濾波器將頻率范圍為(8*f0-3*δf-40)khz～(8*f0-3*δf+40)khz的第四四次諧波信號(hào)濾除，得到頻率范圍為(3*δf-40)khz～(3*δf+40)khz的第三四次諧波信號(hào)；

將第5路信號(hào)先采用第五帶通濾波器進(jìn)行濾波處理，得到頻率范圍為(5*f0-50)khz～(5*f0+50)khz的第一五次諧波信號(hào)，然后采用本振頻為5*f0-4*δf的第五混頻器對(duì)所述的第一五次諧波信號(hào)進(jìn)行混頻處理，得到第二五次諧波信號(hào)，所述的第二五次諧波信號(hào)包含頻率范圍為(4*δf-50)khz～(4*δf+50)khz的第三五次諧波信號(hào)和頻率范圍為(10*f0-4*δf-50)khz～(10*f0-4*δf+50)khz的第四五次諧波信號(hào)，最后采用第五低通濾波器將頻率范圍為(10*f0-4*δf-50)khz～(10*f0-4*δf+50)khz的第四五次諧波信號(hào)濾除，得到頻率范圍為(4*δf-50)khz～(4*δf+50)khz的第三五次諧波信號(hào)；

(3)將所述的第三基波信號(hào)、所述的第三二次諧波信號(hào)、所述的第三三次諧波信號(hào)、所述的第三四次諧波信號(hào)和所述的第三五次諧波信號(hào)通過合路器進(jìn)行合成，混合信號(hào)，所述的混合信號(hào)包括頻率范圍為-10khz～10khz的第三基波信號(hào)、頻率范圍為(δf-20)khz～(δf+20)khz的第三二次諧波信號(hào)、頻率范圍為(2*δf-30)khz～(2*δf+30)khz的第三三次諧波信號(hào)、頻率范圍為(3*δf-40)khz～(3*δf+40)khz的第三四次諧波信號(hào)和頻率范圍為(4*δf-50)khz～(4*δf+50)khz的第三五次諧波信號(hào)；

(4)采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)所述的混合信號(hào)進(jìn)行非線性采集。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過將短波功率放大器輸出信號(hào)分為并行的5路信號(hào)輸出，將短波功率放大器輸出信號(hào)的中心頻率記為f0；將第1路信號(hào)先采用第一帶通濾波器進(jìn)行濾波處理，得到頻率范圍為(f0-10)khz～(f0+10)khz的第一基波信號(hào)，然后采用本振頻為f0的第一混頻器對(duì)第一基波信號(hào)進(jìn)行混頻處理，得到第二基波信號(hào)，第二基波信號(hào)包含頻率范圍為-10khz～10khz的第三基波信號(hào)和頻率范圍為(2*f0-10)khz～(2*f0+10)khz的第四基波信號(hào)，最后采用第一低通濾波器將頻率范圍為(2*f0-10)khz～(2*f0+10)khz的第四基波信號(hào)濾除，得到頻率范圍為-10khz～10khz的第三基波信號(hào)；將第2路信號(hào)先采用第二帶通濾波器進(jìn)行濾波處理，得到頻率范圍為(2*f0-20)khz～(2*f0+20)khz的第一二次諧波信號(hào)，然后采用本振頻為2*f0-δf的第二混頻器對(duì)第一二次諧波信號(hào)進(jìn)行混頻處理，得到第二二次諧波信號(hào)，δf＝100khz，第二二次諧波信號(hào)包含頻率范圍為(δf-20)khz～(δf+20)khz的第三二次諧波信號(hào)和頻率范圍為(4*f0-δf-20)khz～(4*f0-δf+20)khz的第四二次諧波信號(hào)，最后采用第二低通濾波器將頻率范圍為(4*f0-δf-20)khz～(4*f0-δf+20)khz的第四二次諧波信號(hào)濾除，得到頻率范圍為(δf-20)khz～(δf+20)khz的第三二次諧波信號(hào)；將第3路信號(hào)先采用第三帶通濾波器進(jìn)行濾波處理，得到頻率范圍為(3*f0-30)khz～(3*f0+30)khz的第一三次諧波信號(hào)，然后采用本振頻為3*f0-2*δf的第三混頻器對(duì)第一三次諧波信號(hào)進(jìn)行混頻處理，得到第二三次諧波信號(hào)，第二三次諧波信號(hào)包含頻率范圍為(2*δf-30)khz～(2*δf+30)khz的第三三次諧波信號(hào)和頻率范圍為(6*f0-2*δf-30)khz～(6*f0-2*δf+30)khz的第四三次諧波信號(hào)，最后采用第三低通濾波器將頻率范圍為(6*f0-2*δf-30)khz～(6*f0-2*δf+30)khz的第四三次諧波信號(hào)濾除，得到頻率范圍為(2*δf-30)khz～(2*δf+30)khz的第三三次諧波信號(hào)；將第4路信號(hào)先采用第四帶通濾波器進(jìn)行濾波處理，得到頻率范圍為(4*f0-40)khz～(4*f0+40)khz的第一四次諧波信號(hào)，然后采用本振頻為4*f0-3*δf的第四混頻器對(duì)第一四次諧波信號(hào)進(jìn)行混頻處理，得到第二四次諧波信號(hào)，第二四次諧波信號(hào)包含頻率范圍為(3*δf-40)khz～(3*δf+40)khz的第三四次諧波信號(hào)和頻率范圍為(8*f0-3*δf-40)khz～(8*f0-3*δf+40)khz的第四四次諧波信號(hào)，最后采用第四低通濾波器將頻率范圍為(8*f0-3*δf-40)khz～(8*f0-3*δf+40)khz的第四四次諧波信號(hào)濾除，得到頻率范圍為(3*δf-40)khz～(3*δf+40)khz的第三四次諧波信號(hào)；將第5路信號(hào)先采用第五帶通濾波器進(jìn)行濾波處理，得到頻率范圍為(5*f0-50)khz～(5*f0+50)khz的第一五次諧波信號(hào)，然后采用本振頻為5*f0-4*δf的第五混頻器對(duì)第一五次諧波信號(hào)進(jìn)行混頻處理，得到第二五次諧波信號(hào)，第二五次諧波信號(hào)包含頻率范圍為(4*δf-50)khz～(4*δf+50)khz的第三五次諧波信號(hào)和頻率范圍為(10*f0-4*δf-50)khz～(10*f0-4*δf+50)khz的第四五次諧波信號(hào)，最后采用第五低通濾波器將頻率范圍為(10*f0-4*δf-50)khz～(10*f0-4*δf+50)khz的第四五次諧波信號(hào)濾除，得到頻率范圍為(4*δf-50)khz～(4*δf+50)khz的第三五次諧波信號(hào)；將第三基波信號(hào)、第三二次諧波信號(hào)、第三三次諧波信號(hào)、第三四次諧波信號(hào)和第三五次諧波信號(hào)通過合路器進(jìn)行合成，混合信號(hào)，混合信號(hào)包括頻率范圍為-10khz～10khz的第三基波信號(hào)、頻率范圍為(δf-20)khz～(δf+20)khz的第三二次諧波信號(hào)、頻率范圍為(2*δf-30)khz～(2*δf+30)khz的第三三次諧波信號(hào)、頻率范圍為(3*δf-40)khz～(3*δf+40)khz的第三四次諧波信號(hào)和頻率范圍為(4*δf-50)khz～(4*δf+50)khz的第三五次諧波信號(hào)；采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)混合信號(hào)進(jìn)行非線性采集；本發(fā)明的方法相對(duì)于現(xiàn)有的直接通過adc進(jìn)行諧波采集的方法來說，在采集五次諧波時(shí)，現(xiàn)有的方法中adc的采樣率至少為2*(5*f0+50)khz，而采用本發(fā)明的經(jīng)過頻譜搬移后，adc的采樣率最低可以2×(4δf+50khz)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于直接采集所需adc的采樣率，由此本發(fā)明在保證盡量采集到功放較多的高次諧波的基礎(chǔ)上，可以大大降低adc的采樣率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的短波功率放大器諧波非線性捕獲方法中諧波聚合原理圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例：一種短波功率放大器諧波非線性捕獲方法，包括以下步驟：

(1)將短波功率放大器輸出信號(hào)分為并行的5路信號(hào)輸出，將短波功率放大器輸出信號(hào)的中心頻率記為f0；

(2)將第1路信號(hào)先采用第一帶通濾波器進(jìn)行濾波處理，得到頻率范圍為(f0-10)khz～(f0+10)khz的第一基波信號(hào)，然后采用本振頻為f0的第一混頻器對(duì)第一基波信號(hào)進(jìn)行混頻處理，得到第二基波信號(hào)，第二基波信號(hào)包含頻率范圍為-10khz～10khz的第三基波信號(hào)和頻率范圍為(2*f0-10)khz～(2*f0+10)khz的第四基波信號(hào)，最后采用第一低通濾波器將頻率范圍為(2*f0-10)khz～(2*f0+10)khz的第四基波信號(hào)濾除，得到頻率范圍為-10khz～10khz的第三基波信號(hào)；

將第2路信號(hào)先采用第二帶通濾波器進(jìn)行濾波處理，得到頻率范圍為(2*f0-20)khz～(2*f0+20)khz的第一二次諧波信號(hào)，然后采用本振頻為2*f0-δf的第二混頻器對(duì)第一二次諧波信號(hào)進(jìn)行混頻處理，得到第二二次諧波信號(hào)，δf＝100khz，第二二次諧波信號(hào)包含頻率范圍為(δf-20)khz～(δf+20)khz的第三二次諧波信號(hào)和頻率范圍為(4*f0-δf-20)khz～(4*f0-δf+20)khz的第四二次諧波信號(hào)，最后采用第二低通濾波器將頻率范圍為(4*f0-δf-20)khz～(4*f0-δf+20)khz的第四二次諧波信號(hào)濾除，得到頻率范圍為(δf-20)khz～(δf+20)khz的第三二次諧波信號(hào)；

將第3路信號(hào)先采用第三帶通濾波器進(jìn)行濾波處理，得到頻率范圍為(3*f0-30)khz～(3*f0+30)khz的第一三次諧波信號(hào)，然后采用本振頻為3*f0-2*δf的第三混頻器對(duì)第一三次諧波信號(hào)進(jìn)行混頻處理，得到第二三次諧波信號(hào)，第二三次諧波信號(hào)包含頻率范圍為(2*δf-30)khz～(2*δf+30)khz的第三三次諧波信號(hào)和頻率范圍為(6*f0-2*δf-30)khz～(6*f0-2*δf+30)khz的第四三次諧波信號(hào)，最后采用第三低通濾波器將頻率范圍為(6*f0-2*δf-30)khz～(6*f0-2*δf+30)khz的第四三次諧波信號(hào)濾除，得到頻率范圍為(2*δf-30)khz～(2*δf+30)khz的第三三次諧波信號(hào)；

將第4路信號(hào)先采用第四帶通濾波器進(jìn)行濾波處理，得到頻率范圍為(4*f0-40)khz～(4*f0+40)khz的第一四次諧波信號(hào)，然后采用本振頻為4*f0-3*δf的第四混頻器對(duì)第一四次諧波信號(hào)進(jìn)行混頻處理，得到第二四次諧波信號(hào)，第二四次諧波信號(hào)包含頻率范圍為(3*δf-40)khz～(3*δf+40)khz的第三四次諧波信號(hào)和頻率范圍為(8*f0-3*δf-40)khz～(8*f0-3*δf+40)khz的第四四次諧波信號(hào)，最后采用第四低通濾波器將頻率范圍為(8*f0-3*δf-40)khz～(8*f0-3*δf+40)khz的第四四次諧波信號(hào)濾除，得到頻率范圍為(3*δf-40)khz～(3*δf+40)khz的第三四次諧波信號(hào)；

將第5路信號(hào)先采用第五帶通濾波器進(jìn)行濾波處理，得到頻率范圍為(5*f0-50)khz～(5*f0+50)khz的第一五次諧波信號(hào)，然后采用本振頻為5*f0-4*δf的第五混頻器對(duì)第一五次諧波信號(hào)進(jìn)行混頻處理，得到第二五次諧波信號(hào)，第二五次諧波信號(hào)包含頻率范圍為(4*δf-50)khz～(4*δf+50)khz的第三五次諧波信號(hào)和頻率范圍為(10*f0-4*δf-50)khz～(10*f0-4*δf+50)khz的第四五次諧波信號(hào)，最后采用第五低通濾波器將頻率范圍為(10*f0-4*δf-50)khz～(10*f0-4*δf+50)khz的第四五次諧波信號(hào)濾除，得到頻率范圍為(4*δf-50)khz～(4*δf+50)khz的第三五次諧波信號(hào)；

(3)將第三基波信號(hào)、第三二次諧波信號(hào)、第三三次諧波信號(hào)、第三四次諧波信號(hào)和第三五次諧波信號(hào)通過合路器進(jìn)行合成，混合信號(hào)，混合信號(hào)包括頻率范圍為-10khz～10khz的第三基波信號(hào)、頻率范圍為(δf-20)khz～(δf+20)khz的第三二次諧波信號(hào)、頻率范圍為(2*δf-30)khz～(2*δf+30)khz的第三三次諧波信號(hào)、頻率范圍為(3*δf-40)khz～(3*δf+40)khz的第三四次諧波信號(hào)和頻率范圍為(4*δf-50)khz～(4*δf+50)khz的第三五次諧波信號(hào)；

(4)采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)混合信號(hào)進(jìn)行非線性采集。

本發(fā)明的短波功率放大器諧波非線性捕獲方法中諧波聚合原理如圖1所示。本發(fā)明的短波功率放大器諧波非線性捕獲方法的優(yōu)勢(shì)在于如果直接采集包括五次諧波及相應(yīng)互調(diào)失真分量，adc的采樣率則至少為2*(5*f0+50)khz。而采用本發(fā)明的短波功率放大器諧波非線性捕獲方法進(jìn)行頻譜搬移后，adc的采樣率最低可以2×(4δf+50khz)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于直接采集。另外，采用“諧波聚合”的方式還可以避免諧波分開采集造成的信號(hào)同步問題，也為同一行為模型表征功放的所有非線性提供了訓(xùn)練目標(biāo)信號(hào)樣本。