线性化功率放大器设计

论文摘要

现代无线通信技术广泛地采用了非恒定包络调制技术以实现更高的数据传输速率和频谱效率。例如在W-CDMA通信基站及直放站系统中,要求对相邻信道的用户产生最小的干扰,功率放大器在放大高峰平比（PAR）信号时应具有较高的线性度;具有较好线性度的A类或AB类放大器应有足够的功率回退以满足线性度要求,造成了A类或AB类放大器效率偏低,这就和为了降低通信运营商的运营成本,减小冷却成本,易于热控制,提高功放效率的要求形成了一对矛盾。解决这对矛盾,同时有效的提高功率放大器效率和线性度已成为射频工程技术界的一个难点、热点。本文在对功率放大器非线性特性进行充分研究的基础上,综合各种线性化方法的优缺点,采用了一种应用交调信号发生器产生的交调信号反相对消掉功率放大器自身的交调分量改善功率放大器的线性度的射频预失真方法,设计和实现了应用于W-CDMA直放站的20W级射频预失真线性化功率放大器。在此基础上,仿真设计了20W级低记忆效应、高效率Doherty功率放大器,通过优化其载波放大器和峰值放大器的直流偏置点、输入/输出匹配电路和合成网络,使功率放大器在高峰平比的W-CDMA通信条件下同时具有高效率和较好的线性度优点。并采用短路掉功放晶体管输入/输出端口处调制信号包络频率信号的方法设计的低记忆效应的Doherty功率放大器,将进一步提高射频预失真线性化功率放大器的效果。实测结果表明,在2.11-2.17GHz频带内,射频预失真线性化功率放大器在输入1MHz间隔的双音频信号条件下,输出功率42dBm,增益56dB,三阶交调失真比达到-70dBc,三阶交调的改善量大于25dB。功放输入-14dBm的双载波W-CDMA信号时,输出功率达到42dBm,相邻信道功率比（ ACPR ）达到-50dBc,改善量达到9dB。本文研究结果表明,通过采用射频预失真法对功率放大器线性化效果明显,其电路简单、成本低、工作稳定,通过与低记忆效应、高效率Doherty功率放大器技术结合后,该射频预失真线性化功率放大器在当代无线通信领域将具有更广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究的意义
• 1.1.1 新一代宽带无线移动通信业务发展的需要
• 1.1.2 线性化功率放大器目前存在的问题
• 1.2 国内外研究现状和发展态势
• 1.3 论文的工作
• 第二章 线性化功率放大器
• 2.1 线性化功率放大器的技术指标
• 2.1.1 效率
• 2.1.2 输出功率
• 2.1.3 交调失真比
• 2.1.4 截断点
• 2.1.5 相邻信道功率比
• 2.2 功率放大器的线性化技术
• 2.2.1 功率回退法
• 2.2.2 前馈法
• 2.2.3 负反馈法
• 2.2.4 预失真法
• 2.3 功率放大器的记忆效应
• 2.4 功率放大器的效率增强技术
• 2.4.1 包络分离和恢复技术
• 2.4.2 基于非线性元件的线性放大技术
• 2.4.3 Doherty功率放大器技术
• 2.5 小结
• 第三章 射频预失真信号发生器设计
• 3.1 功率放大器的非线性特性分析
• 3.2 射频预失真信号发生器设计
• 3.2.1 自动电平控制电路设计
• 3.2.2 交调发生器设计
• 3.3 小结
• 第四章 低记忆效应DOHERTY功率放大器仿真设计
• 4.1 DOHERTY功率放大器的设计分析
• 4.1.1 有源负载牵引原理
• 4.1.2 Doherty功率放大器分析
• 4.2 DOHERTY功放仿真设计
• 4.2.1 Doherty功率放大器晶体管选择
• 4.2.2 Doherty功率放大器非对称结构输入网络设计
• 4.2.3 Doherty功率放大器输出网络设计优化
• 4.3 减弱功放记忆效应
• 4.3.1 降低记忆效应的基本思想
• 4.3.2 优化匹配电路阻抗法及其限制
• 4.3.3 减弱功率放大器记忆效应仿真实现
• 4.4 DOHERTY功率放大器最终仿真结果
• 4.5 小结
• 第五章 线性化放大器的实验结果
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结及主要贡献
• 6.2 下一步工作和未来研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果