射频功率放大器的研究

论文摘要

随着无线通信技术的发展,无线通信设备的设计要求也越来越高。功率放大器作为发射机最重要的部分之一,它的性能好坏直接影响着整个通信系统的性能优劣,高功率、高线性度和高效率是功率放大器的设计关键指标和难点。本文利用ADS软件,结合飞思卡尔的LDMOS晶体管,对射频功率放大器的设计过程进行了初步探讨,设计了可应用于GSM EDGE和GSM的高功效基站功放。同时,将耦合器和功分器与功率放大器结合起来,组成平衡放大器,对平衡放大器的性能进行了研究。最后,应用所设计的功率放大器进一步研究具有高效率和高线性度的Doherty功率放大器。本文的主要贡献如下:首先介绍了射频功率放大器的工作状态和指标参数,对放大器设计中所涉及的偏置电路设计、稳定电路技术、非线性分析方法、改善功放性能的各种技术、LDMOS晶体管的特性等都做了详细的研究探讨。其次给出了射频功率放大器的详细设计流程,利用ADS仿真软件,完成了功率放大器完整的设计过程,应用负载牵引法等多种措施完成了设计的要求。接着对平衡放大器的结构和性能进行了研究,平衡放大器能够增大输出功率,改善普通功率放大器的线性度。最后介绍了Doherty功率放大器的相关理论和电路工作状态分析,设计了二级Doherty功率放大器,相比平衡放大器,效率提高了15%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和现状
• 1.2 本文的主要工作和内容安排
• 第二章 功率放大器的原理和参数
• 2.1 功率放大器的类型
• 2.2 功率放大器性能参数的分析
• 2.2.1 工作频率范围
• 2.2.2 功率增益
• 2.2.3 增益平坦度
• 2.2.4 输出功率和P1dB
• 2.2.5 效率
• 2.2.6 交调失真
• 2.2.7 三阶交截点（IP3）
• 2.2.8 动态范围
• 2.2.9 谐波失真
• 2.2.10 调幅-调相转换
• 2.2.11 输入输出驻波比
• 2.3 功率放大器非线性分析
• 2.3.1 频域分析
• 2.3.2 时域分析
• 2.4 功率放大器的偏置和稳定性电路分析
• 2.4.1 功率放大器的偏置电路
• 2.4.2 功率放大器的稳定电路
• 2.5 功率放大器性能改善的各种技术
• 2.5.1 Kahn包络分离和恢复技术
• 2.5.2 包络跟踪技术
• 2.5.3 异相调制技术
• 2.5.4 前馈线性化技术
• 2.5.5 预失真线性化技术
• 2.6 LDMOS功率放大器
• 第三章 功率放大器的电路设计
• 3.1 功率放大器的设计指标
• 3.2 功率放大器的设计流程
• 3.3 功放晶体管的选择
• 3.4 介质基片的选择
• 3.5 ADS和Freescale功放软件包简介
• 3.6 负载牵引设计方法
• 3.7 功率放大器具体的设计过程
• 3.7.1 静态工作点的确定
• 3.7.2 稳定性分析和偏置电路
• 3.7.3 功率放大器的匹配设计
• 3.7.4 谐波平衡仿真
• 3.7.5 ACPR测试
• 3.7.6 射频功率放大器的PCB制版
• 第四章 平衡放大器的设计
• 4.1 耦合器和功分器的原理
• 4.1.1 Wilkinson功率分配器
• 4.1.2 分支线耦合器
• 4.1.3 Lange耦合器
• 4.2 平衡放大器的工作原理
• 4.3 Wilkinson功分器构成的平衡放大器
• 4.4 3dB耦合器构成的平衡放大器
• 第五章 Doherty功率放大器
• 5.1 Doherty功率放大器的原理
• 5.2 Doherty功率放大器的设计
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间的研究成果