高效率高线性基站功放的研究与设计

论文摘要

由于高效调制技术发展和对性能要求越来越高,功率放大器的设计是无线通信系统中一个最具挑战性的任务。Doherty放大器由于在很宽的功率范围内具有高的效率特性,这样Doherty结构成为现在基站功率放大器设计中普遍采用的结构。然而在实际的应用中,Doherty放大器一般都达不到理论分析所显现的那么好的效率的改善,同时一般也很难满足高峰均比信号系统对线性指标的要求。本文就是为了设计出同时满足高线性和高效率性能的Doherty放大器。首先,本文详细分析了射频功率放大器的非线性特性和放大器的记忆效应。基于对Doherty理论的详细分析和对Doherty放大器工作原理的理解,本文提出了设计Doherty放大器的方法。采用LDMOS器件仿真设计了一个Doherty放大器并完成了实物的研制。接着介绍了几种减小功率放大器记忆效应的方法。为了进一部优化放大器的性能,对包络跟踪技术、非对称Doherty结构、多路Doherty结构、Inverted Doherty结构以及功放的sweet spot特性进行了研究。由于现在大功率的基站功放一般都会与数字预失真(DPD)配合。因此我们对DPD的基本原理和基本结构进行介绍,并简单介绍了它们之间配合应该注意的一些问题。最后,我们对设计的Doherty功放进行了调试,说明了调试当中应该注意的一些问题。最终给出了测试的结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 第二章 功率放大器非线性分析
• 2.1 多项式系统模型
• 2.2 AM-AM & AM-PM 模型
• 2.3 ACPR 与EVM
• 2.4 线性化
• 第三章 记忆效应与线性化研究
• 3.1 记忆效应理论分析
• 3.1.1 记忆效应的定义
• 3.1.2 电学记忆效应
• 3.1.3 热学记忆效应
• 3.1.4 结论
• 3.2 线性化与记忆效应
• 3.3 有记忆条件下的线性化电路
• 3.3.1 阻抗优化
• 3.3.2 包络滤波
• 3.3.3 包络注入
• 3.3.4 小结
• 第四章 Doherty 功放原理
• 4.1 动态负载牵引技术
• 4.2 四分之波长阻抗变换线
• 4.3 计算传输线的特性阻抗
• 4.4 工作原理
• 4.5 其它 Doherty 结构
• 4.5.1 Inverted Doherty 功率放大器
• 4.5.2 非对称Doherty 放大器
• 4.5.3 多级Doherty 放大器
• 4.5.4 采用包络跟踪的Doherty 放大器
• 4.5.5 串联型Doherty 结构
• 第五章 Doherty 放大器设计
• 5.1 单级功率放大器的设计
• 5.1.1 器件和介质基片的选择
• 5.1.2 直流偏置电路仿真
• 5.1.3 功放管的匹配设计
• 5.1.4 完整的单级功率放大器设计
• 5.2 Doherty 功率放大器的设计
• 5.2.1 负载阻抗调制效应仿真
• 5.2.2 峰值功放输入输出Offset 线电长度仿真
• 5.2.3 优化后的Doherty 功放的仿真结果
• 5.3 功率放大器偏置网络的考虑
• 5.3.1 偏置电路考虑
• 5.3.2 温度补偿电路
• 5.4 Doherty 放大器设计的进一步考虑
• 5.4.1 Zopt 的选择
• 5.4.2 2xZopt 的选择
• 5.6 小结
• 第六章 功放与数字预失真系统的配合
• 6.1 预失真理论分析
• 6.2 功放与DPD 的配合
• 第七章 功率放大器的实现与实验分析
• 7.1 PCB 版图和实物图
• 7.2 功放的调试
• 7.3 实验结果
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间取得的研究成果