TD-LTE（4G）移动通信系统功率放大器研究与设计

论文摘要

移动通信技术自诞生以来迅猛发展。当前,基于OFDM和MIMO等技术的准第四代无线通信技术LTE传输速率进一步提高（100Mbits/sec）,并在部分地区开始商用。LTE技术作为第三代移动通信技术向第四代过度的技术,能够提供用户更优的体验。然而,为了在有限的频谱资源条件下,满足多用户和高速数据传输的要求,TD-LTE引入复杂的调制方式,产生非恒包络宽带信号,必须采用线性功率放大器,以保证信号不失真的发射。其信号功率有着高的峰值平均功率比,912dB。功率放大器需要在较大的输出功率范围保持良好的线性度,且保持较高的效率。一种有效的解决线性度和效率问题的方法是引入Doherty功率放大器,其特点是在较低的功率输出水平上,仍能保持较高的效率。论文着重于设计应用于TD-LTE,2570MHz2620MHz频段的功率放大器模组。功放模组末级固态器件选用LDMOS,前级驱动选用高性能InGaP HBT MMIC,平均输出功率2W,峰值输出功率20W,可作为直放站功放的备选方案。基于提高效率的考虑,功放的末级采用Doherty架构。通过ADS仿真环境,给出在输出功率为2W时,Doherty架构的功率附加效率为32%,相比同样输出功率水平的平衡架构AB类功放来说,有15%的效率提升。实际的测试结果是2W平均功率输出时,功率附加效率为25%,邻信道功率比优于-30dBc。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 移动通信技术的发展
• 1.2 基站功率放大器的挑战
• 1.3 移动通信中的直放站
• 1.4 论文结构及内容
• 第二章 功率放大器设计基本理论
• 2.1 射频放大器的分类
• 2.2 射频功率放大器的主要性能指标
• 2.2.1 输出功率
• 2.2.2 稳定性
• 2.2.3 功率增益
• 2.2.4 增益平坦度
• 2.2.5 输入/输出驻波比
• 2.2.6 功放的效率
• 1dB 和三阶截断点（IP3）'>2.2.7 P₁dB 和三阶截断点（IP3）
• 2.2.8 邻近信道功率比（ACPR）
• 2.2.9 功放的AM-AM/AM-PM 失真
• 2.2.10 矢量幅度误差（EVM）
• 2.2.11 功放的记忆效应
• 第三章 Doherty 架构功率放大器基本理论
• 3.1 Doherty 放大器介绍
• 3.2 负载调制理论
• 3.3 有源负载牵引
• 3.4 四分之一波长阻抗变换器
• 3.5 3dB 正交耦合器
• 3.6 Doherty 功放的工作状态
• 第四章 Doherty 架构功率放大器仿真及设计
• 4.1 功放模组射频指标
• 4.2 功放模组方案
• 4.3 器件选型
• 4.4 驱动放大器设计
• 4.5 主功放ADS 仿真
• 4.5.1 功率器件直流偏置电路设计
• 4.5.2 电路稳定性判定
• 4.5.3 负载牵引和源牵引
• 4.5.4 匹配电路综合
• 4.5.5 输入输出匹配
• 4.5.6 主功放单管仿真结果
• 4.5.7 辅助功放单管仿真结果
• 4.5.8 Doherty 系统电路设计仿真
• 4.5.9 主功放栅极电压vs 效率和增益
• 4.5.10 辅功放栅极电压vs 效率和增益
• 4.5.11 延长线长度vs 效率和增益
• 4.6 电源设计
• 4.7 PCB 设计
• 第五章 测试与验证
• 5.1 测试环境构建
• 5.2 驱动放大器测试
• 5.2.1 增益及驻波测试
• 5.2.2 驱动放大器OIP3 测量
• 5.3 Doherty 功放测试
• 5.3.1 增益
• 5.3.2 群时延
• 5.3.3 邻近信道功率比
• 5.3.4 CCDF 测试
• 5.3.5 功率附加效率
• 第六章 结束语
• 6.1 工作总结
• 6.2 结论
• 6.3 后期工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间研究成果