基于WCDMA标准的数字直放站Doherty功率放大器设计

论文摘要

随着第三代无线通信技术的发展,采用多载波调制技术的WCDMA信号,具有较高的峰均比。以功率回退设计的A类或AB类功率放大器难以满足在高峰均比(PAR)条件下的效率要求,造成了能量的巨大浪费,而且导致了严重的基站或直放站热管理问题,影响了系统性能,增加了制作成本。因此,研究具有低功耗、高效率的功率放大器是新一代基站或直放站的关键技术之一。近几年,随着数字预失真技术(DPD,digital predistortion)的发展,功率放大器的线性指标得到有效改善,将结构简单、效率高的Doherty功率放大器应用于基站或直放站成为当前研究的热点。本文深入研究了Doherty功率放大器的结构特点,以及工作原理;针对WCDMA数字直放站功率放大器的性能指标要求,以Agilent公司提供的ADS软件(ADS,Advanced Design System)为仿真平台,采用Freescale公司的MRF6S21140 LDMOS管,设计了一款满足高效率要求的Doherty功率放大器。主要工作包括如下几个方面:首先,针对MRF6S21140 LDMOS管的性能特点,对功率放大器的偏置网络电路、匹配网络、负载调制网络等进行优化设计;其次,采用在输出匹配中综合考虑补偿线网络的设计方案,通过加入适当长度的相位补偿线,解决了在小功率信号输入条件下的功率泄漏问题,提高Doherty功率放大器的性能指标;再次,借助ADS软件提供的3GPP基站功率放大器测试模型,对Doherty功率放大器的性能进行仿真测试;最后制作了电路模块并验证分析。实际测量结果表明:Doherty功率放大器的效率达到设计要求,在输出功率43dBm时,效率达到22.3%,输出功率47dBm时,效率达到38%,饱和输出时,效率达到48%。平均功率增益超过10dB,能够满足WCDMA数字直放站对于高效功率放大器的应用要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究目的和意义
• 1.4 本文的内容和结构
• 第2章 Doherty功率放大器原理介绍
• 2.1 功率放大器的主要技术指标
• 2.1.1 功率放大器的频率范围
• 2.1.2 功率增益
• 2.1.3 增益平坦度
• 2.1.4 1dB压缩点
• 2.1.5 效率
• 2.1.6 幅度失真（AM-AM）和相位失真（AM-PM）
• 2.1.7 互调失真（IMD）
• 2.1.8 邻信道泄漏率（ACLR）
• 2.2 功率放大器分类
• 2.2.1 A类功率放大器
• 2.2.2 B类功率放大器
• 2.2.3 AB类功率放大器
• 2.2.4 Doherty功率放大器
• 2.3 Doherty功率放大器的原理
• 2.3.1 有源负载牵引技术
• 2.3.2 Doherty放大器的工作原理
• 2.3.3 Doherty放大器的工作状态
• 2.4 小结
• 第3章 Doherty功率放大器设计
• 3.1 Doherty功率放大器的指标
• 3.2 仿真平台介绍
• 3.3 Doherty功率放大器仿真设计
• 3.3.1 直流分析
• 3.3.2 负载牵引（LoadPull）和源牵引（SourcePull）
• 3.3.3 偏置电路设计与匹配网络设计
• 3.3.4 稳定性分析
• 3.3.5 负载调制网络设计
• 3.3.6 载波放大器性能测试
• 3.3.7 Doherty功率放大器性能测试
• 3.3.8 Layout设计
• 3.4 小结
• 第4章 Doherty功率放大器验证测试
• 4.1 3GPP模板仿真测试
• 4.2 WCDMA信号硬件测试
• 4.2.1 Doherty功率放大器效率与增益测试
• 4.2.2 WCDMA信号测试
• 4.3 小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 本论文工作总结
• 5.2 后期工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所做工作