微波功放线性化前馈技术研究

论文摘要

随着以WCDMA为代表的第三代移动通信技术的发展,线性调制技术正得到越来越广泛地应用。但包络变化的调制信号经过非线性射频功率放大器后会产生严重的交调分量,为此要实现宽带调制、多载波应用,同时减小邻信道干扰以满足通信系统的误码率要求,就对基站发射机功放的线性指标提出了苛刻的要求。本文首先分析了功率放大器的非线性特性,包括其幅度非线性、相位非线性以及功放的非线性指标;在此基础上,分析比较了功率回退法、负反馈法、预失真法、前馈法及其与自适应算法的结合等几种线性化技术的优缺点;并根据3GPP对WCDMA发射机功率放大器的射频指标要求,进行方案论证,确立了本课题的前馈线性功放的电路结构、指标分配以及器件选取。本设计采用MW4IC2230和MRF6S21140H以两级级联的形式构成主功率放大器,用ADS分别对其进行了输入输出匹配电路设计,以此来改善功放管的小信号增益、回波损耗、1dB压缩点输出功率以及交调分量,并粗略估算了系统中所采用的辅助放大器、误差放大器、功分器、定向耦合器、3dB分支线电桥、衰减器和移相器等有/无源器件所需指标。然后在ADS中将各部件级联对该方案进行了可行性验证。仿真结果显示,主功率放大器的交调失真分量得到了很好的抑制,表明该方案满足于系统指标要求。基于对仿真结果的分析,最终选定了所需要的器件,借助ADS和HFSS对该系统各组件逐一进行了仿真和设计。对电路进行了设计和加工,最终以实物的形式验证了方案的可行性。经过对各模块的反复调试,系统的性能基本与仿真结果吻合,基本达到预期目标。在文中详细给出了各组件以及整个系统的测试数据。测试结果表明,前馈功放系统在双音输出功率12.5W时三阶交调系数小于-44dBc,可以使主功率放大器的三阶交调系数有21dB的改善,且邻信道功率泄漏比（ACPR）的估算结果小于-47dBc,基本达到WCDMA发射机的射频指标要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 微波功放线性化技术研究的目的及意义
• 1.2 微波线性功放的国内外发展动态
• 1.2.1 国外发展动态
• 1.2.2 国内发展动态
• 第二章 微波功放的非线性特性分析
• 2.1 功率放大器的特性及分类
• 2.2 功率放大器的非线性原理
• 2.2.1 幅度非线性
• 2.2.2 相位非线性
• 2.3 功率放大器的非线性指标
• 2.3.1 1dB 压缩点输出功率
• 2.3.2 三阶交调系数
• 2.3.3 输出三阶截断点
• 2.3.4 邻信道功率泄漏比
• 第三章 微波功率放大器的线性化方法
• 3.1 功率回退法（Back-Off）
• 3.2 反馈法（Feedback）
• 3.2.1 直接反馈法
• 3.2.2 调制反馈法
• 3.3 预失真法（Predistortion）
• 3.3.1 预失真法的基本原理
• 3.3.2 自适应预失真技术
• 3.4 前馈法（Feedforward）
• 第四章 前馈线性功放系统的分析与仿真
• 4.1 前馈功放系统的基本原理分析
• 4.2 前馈功放系统的特性
• 4.3 前馈功放的系统设计方案及指标分配
• 4.4 前馈线性功放的系统仿真
• 4.4.1 信号抵消环路的仿真
• 4.4.2 前馈功放系统的仿真
• 第五章 前馈功放系统各组件的仿真及实现
• 5.1 主功率放大器
• 5.1.1 微波晶体管放大器基本理论分析
• 5.1.2 主功率放大器的设计
• 5.1.3 主功率放大器的调试与测试
• 5.2 辅助放大器
• 5.3 误差放大器
• 5.4 功分器
• 5.5 定向耦合器
• 5.6 3dB 分支线电桥
• 5.7 电调衰减器
• 5.8 电调移相器
• 5.9 延迟线
• 第六章 前馈线性功放的测试与结果分析
• 6.1 前馈功放系统的测试
• 6.2 实验数据分析
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果