微波功率放大器的研究

论文摘要

固态功率放大器具有工作电压低、尺寸小、效率高、寿命长以及高可靠性等优点,已经十分广泛应用在移动通信、雷达、干扰、识别等射频/微波/毫米波系统之中,并且占有十分重要的地位。在第三代移动通信(3G)系统中,为了提高频谱的利用效率,调制方式多采用QPSK或16QAM等线性调制方式,而且系统又多是多载波、多信道,这就需要射频系统有很好的线性,否则就会产生失真。这种失真表现为常见的交调失真(IMD失真),导致已调矢量信号的幅度和相位出现偏差,同时导致频谱扩展、干扰临道信号,误码率恶化等等。而功率放大器是射频系统中产生非线性的主要部件,因此改善功率放大器的非线性具有重大意义。目前,无线通信基站上所用的线性功率放大器,极大部分从国外进口,受国外制约严重,国内尚无成熟产品,迫切需要解决其国产化问题。针对现代通信系统对功率放大器高增益、高功率、高线性度的要求,本文对微波功率放大器及其线性化技术进行了研究,主要包括以下三个方面的内容:1、研制了20瓦S波段微波固态功率放大器,对微波固态功率放大器设计方法进行了讨论,通过理论分析以及电路仿真软件的仿真,设计出了一个基于LDMOS FET的S波段20W四级级联固态功率放大模块,最终达到了以下几个技术指标:工作频带为2110MHz～2170MHz,增益大于56dB,增益平坦度为±0.38dB,输入输出驻波比小于1.3,输出功率20W时的三阶交调系数低于—40dBc。2、对微波功率放大器的线性化技术进行了研究,重点介绍了前馈技术和预失真技术。研制了一个结构简单、体积小巧的模拟预失真器,其结构包括由二极管对产生交调失真分量的非线性发生器、中心频率为2.14GHz的功分器和功率合成器以及矢量调节器。该预失真器可以使本文中功率放大器的前级放大器的三阶交调系数有20dB的改善,达到了很好的线性化,具有一定的工程参考价值。3、此外,本文研究了一种自适应控制电路,介绍了该电路的自适应控制原理,对其中的部分器件如电调移相器、PLL频率源进行了设计和实验,并且对其他器件进行了商品型号的选择,获得了一定的阶段性研究成果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 微波固态功率放大器的研究进展
• 1.2 功率放大器线性化技术的发展概况
• 1.3 课题来源和主要工作
• 1.4 论文章节安排
• 第二章 功率放大器设计方法及其线性化技术
• 2.1 功率放大器设计方法
• 2.1.1 功率放大器设计基本理论
• 2.1.1.1 大信号模型
• 2.1.1.2 负载牵引技术
• 2.1.1.3 大信号S参数法
• 2.1.1.4 负载线法
• 2.1.2 功率放大器电路设计
• 2.1.2.1 微波电路设计
• 2.1.2.2 直流供电电路设计
• 2.1.3 微波功率放大器的结构设计
• 2.1.3.1 功率放大器腔体设计
• 2.1.3.2 功率放大器的热设计
• 2.1.4 功率放大器相关技术设计
• 2.2 功率放大器的非线性及其线性化技术
• 2.2.1 功率放大器的非线性
• 2.2.2 功率放大器的线性化技术
• 2.2.2.1 前馈线性化技术
• 2.2.2.2 预失真线性化技术
• 第三章 微波功率放大器的研制
• 3.1 课题指标
• 3.2 功率放大器设计方案
• 3.3 指标分配和器件选取
• 3.4 LDMOS功率晶体管简介
• 3.4.1 LDOMS的基本结构特点
• 3.4.2 LDOMS器件的优良性能
• 3.5 功率放大器电路设计
• 3.5.1 前级放大器设计
• 3.5.2 驱动级功率放大器设计
• 3.5.3 末级功率放大器设计
• 3.5.4 各级偏置电路设计以及整体电路仿真
• 3.5.5 直流供电电路模块设计
• 3.5.6 腔体设计
• 第四章 微波功率放大器的调试和测试
• 4.1 功率放大器的调试
• 4.1.1 调试的注意事项
• 4.1.2 调试过程
• 4.1.2.1 偏置电路调试
• 4.1.2.2 匹配电路的调试
• 4.2 功率放大器的性能测试
• 4.2.1 前级放大器测试结果
• 4.2.2 温度补偿电路测试
• 4.2.3 驱动级放大器测试结果
• 4.2.4 末级功率大器测试结果
• 4.2.5 功率大器整体电路测试结果
• 4.3 测试结果分析
• 第五章 模拟预失真器的设计
• 5.1 模拟预失真器的原理与设计
• 5.2 模拟预失真器实验结果
• 5.3 自适应控制电路原理及其部分器件设计
• 5.3.1 移相器设计
• 5.3.2 PLL频率源的设计
• 5.3.3 其余器件设计考虑
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果