模拟预失真宽带线性功率放大器设计与实现

论文摘要

无线通信系统共用传输媒介的特点,决定了可用频谱资源的有限性。为了增加通信容量,第二代无线通信系统采用数字传输和时分多址(TDMA),使得多用户在同一频段内分时复用。第三代无线通信系统,采用宽带码分多址技术容许更高的数据速率(高达50Mbits/sec)和一系列新的移动通信服务,诸如视频电话会议、网页浏览等。当前,基于QAM、OFDM和MIMO的第四代无线通信技术(LTE)的传输速率进一步提高(高达100Mbits/sec),并在部分地区开始商用。多数标准下的传输信号,诸如WCDMA、LTE以及WIMAX等,都采用了较为复杂的调制方式,形成幅度相位剧烈变化的高峰均比信号。为了维持功率放大器的线性度要求,通常功放工作在附加效率较低的功率回退区。低附加效率导致基站通信设备更高的热耗散和更高的冷却要求。新的半导体技术和制造工艺的发展必将推动宽带线性大功率放大器设计的进步。宽禁带、高电子迁移率、高功率密度碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等半导体材料,已经应用于宽带线性微波功率放大器的设计。本文采用CREE公司的商用GaN CGH21120F设计实现宽带线性功率放大器。为了改善功率放大器的线性度,通常采用前馈、反馈、数字预失真和模拟预失真等方法。在这些方法中,模拟预失真具有低成本、低功耗和电路实现简单的特点。本文采用模拟预失真技术,ACLR改善9dB。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 微波技术的发展
• 1.2 微波功率器件的发展
• 1.3 功放线性化技术现究现状
• 1.4 本文的主要工作及内容安排
• 第二章 宽带线性功率放大器的理论基础
• 2.1 匹配原理
• 2.1.1 集总元件匹配
• 2.1.2 微带线匹配
• 2.1.3 等Q 理论
• 2.1.4 宽带匹配（Bode-Fano 准则）
• 2.2 功率放大器主要指标分析
• 2.2.1 输出功率
• 2.2.2 稳定性
• 2.2.2.1 稳定判别圆
• 2.2.2.2 绝对稳定条件
• 2.2.3 增益和效率
• 2.2.4 线性度
• 1dB 和三阶截断点（IP3）'>2.2.4.1 P₁dB 和三阶截断点（IP3）
• 2.2.4.2 邻近信道功率泄漏比（ACLR）
• 2.2.4.3 误差矢量幅度（EVM）
• 2.3 非线性失真分析
• 2.3.1 交调失真分析
• 2.3.2 AM-AM/AM-PM 失真分析
• 2.3.3 功放记忆效应分析
• 2.3.3.1 电热记忆效应
• 2.3.3.2 电记忆效应
• 2.3.3.3 视频带宽
• 2.3.3.4 记忆效应的改善
• 2.4 宽带功率放大器的结构实现
• 2.5 功率放大器的分类
• 2.6 本章小结
• 第三章 GaN HEMT 宽带线性功率放大器设计
• 3.1 GaN HEMT 器件结构及模型
• 3.2 宽带线性功率放大器设计指标
• 3.3 偏置及稳定性设计
• 3.3.1 直流馈电顺序
• 3.3.2 温度补偿电路设计
• 3.3.3 稳定性设计
• 3.4 牵引仿真
• 3.5 宽带匹配设计
• 3.6 视频带宽考虑
• 3.6.1 低频谐振仿真
• 3.6.2 IM3 失衡仿真
• 3.7 功放PCB 板加工
• 3.8 推动放大器设计
• 3.9 本章小结
• 第四章 模拟预失真器设计
• 4.1 双环模拟预失真器原理
• 4.2 功分器设计
• 4.2.1 宽带威尔金森功分器
• 4.2.2 3dB 电桥
• 4.3 移相器设计
• 4.3.1 变容二极管特性
• 4.3.2 移相器的实现
• 4.4 衰减器设计
• 4.4.1 PIN 二极管原理
• 4.4.2 衰减器仿真结果
• 4.5 非线性发生器原理
• 4.5.1 肖特基二极管
• 4.5.2 非线性发生器仿真
• 4.6 小信号放大设计
• 4.7 本章小结
• 第五章 系统集成与验证
• 5.1 系统的装配
• 5.2 测试环境搭建
• 5.2.1 测试设备准备
• 5.2.2 电源模块功能测试
• 5.2.3 射频测试系统校准
• 5.3 宽带线性功率放大器测试
• 5.3.1 输入驻波及增益测试
• 5.3.2 脉冲功率及效率测试
• 5.3.3 AM/AM 和AM/PM 测试
• 5.3.4 IM3 测试
• 5.3.5 WCDMA 信号输出功率及效率测试
• 5.4 预失真电路测试
• 5.4.1 衰减器、移相器测试
• 5.4.2 立方预失真器测试
• 5.5 系统级联测试
• 5.6 结果分析
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果