宽带高效率包络跟踪功率放大器设计

论文摘要

现代无线通信系统需要支持高信息传输速率,更多地采用非恒包络调制和频分复用方式,使得如WCDMA和OFDM之类的无线发射信号具有高峰值平均功率比(PAPR),这就要求功率放大器具有宽线性区。传统功率放大器采用功率回退来避免信号在峰值时越过线性区发生畸变,但这样会使其效率降低。如何在保证信号线性度的同时提高功率放大器效率成为通信系统发射机的一个首要解决问题。为了解决这个问题提出了许多方案,其中包络跟踪(ET)功率放大器方案备受关注。该方案的核心思想是根据无线射频发射信号包络信息来调整功率放大器直流偏置电压,使其随信号包络大小变化,减少了放大器在小包络输入时的功率损耗,对高PAPR信号功率放大器效率提升有很大的研究价值。论文以宽带ET放大器为研究对象,分析了其中采用的各项关键技术,设计了一个宽带ET放大器,目标是提升宽带高PAPR信号功率放大器的效率。文章首先给出了模拟控制的ET放大器基本结构,并以此作为切入点详细分析了ET放大器中采用的各项关键技术。其次,重点分析了宽带ET放大器中的难点高效率宽带包络放大器。根据802.11g包络信号频谱的特点采用了一种“频带分离”的混合型包络放大器,并阐明了其工作方式,对其几种工作状态进行了详细分析,通过行为模型仿真优化了关键电路参数,并选择实际器件进行了仿真验证。仿真结果表明:这种混合型包络放大器在输入为802.11g信号包络时效率能达到65%、带宽为20MHz,同时达到了高效率和宽带两项指标。最后,在前面章节基础上设计实现了宽带ET放大器,对其进行了仿真验证,并将仿真结果与固定偏置功率放大器进行了对比。仿真结果表明:相对于5.5V固定偏置功率放大器在输出功率20dBm处12%的漏极附加效率,宽带ET放大器在此点的总效率能达到26%。以上成果验证了ET放大器方案的可行性以及提升宽带高PAPR信号功率放大器效率的能力,具有重要的理论及工程价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文背景
• 1.1.1 功率放大器线性度与效率的关系
• 1.1.2 WLAN 802.11g 信号
• 1.2 ET 技术研究现状
• 1.2.1 ET 放大器工作方式
• 1.2.2 ET 放大器分类
• 1.3 内容及结构安排
• 第二章 ET 放大器关键技术
• 2.1 引言
• 2.2 包络检测技术
• 2.2.1 二极管包络检波器
• 2.2.2 其他种类包络检波器
• 2.3 电压控制技术
• 2.3.1 电压控制技术概述
• 2.3.2 Buck 型DC/DC 变换器
• 2.3.3 改进型DC/DC 变换器
• 2.4 延时调节技术
• 2.5 小结
• 第三章 WBET 包络放大器设计
• 3.1 引言
• 3.2 包络信号功率谱特点
• 3.3 混合型包络放大器工作方式
• 3.3.2 第一种情况：小信号线性工作状态
• 3.3.3 第二种情况：大信号非线性工作状态
• 3.3.4 第三种情况：线性工作和非线性工作之间的过渡状态
• 3.4 包络放大器电路参数设计
• 3.5 包络放大器效率分析
• 3.5.1 线性部分效率分析
• 3.5.2 开关部分效率分析
• 3.6 实际器件仿真结果
• 3.7 小结
• 第四章 WBET 放大器设计与仿真
• 4.1 引言
• 4.2 WBET 放大器各模块设计
• 4.2.1 包络检测模块
• 4.2.2 延迟调节模块
• 4.2.3 电压控制模块
• 4.2.4 线性射频功率放大器
• 4.3 WBET 放大器仿真结果
• 4.4 小结
• 第五章 结束语
• 5.1 总结及主要贡献
• 5.2 下一步工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间的研究成果