宽带高效率多电平电源调制器的设计与实现

发布时间：2020-03-29 19:46

【摘要】：最近这几年,通信行业飞速发展,4G和5G接踵而至。传输的信号带宽逐渐增加,信号的峰均功率比越来越高。由于信号的高峰均功率比,功放管大部分时间都工作在回退情况下的非饱和状态,这对于功放管的效率有极大地降低。包络跟踪电源调制器系统是解决功率放大器在输出功率回退的情况下效率严重下降的一个十分有效的手段。本文的主要研究对象为一种有数字电路辅助的包络跟踪电源调制器系统(ET系统),首先介绍了其电路结构及工作原理,然后针对它的两个关键电路结构电源调制器以及功率放大器进行了深入的研究,最后对整个系统进行了测试与优化。电源调制器作为ET系统的两个核心之一,本文对于电源调制器的类型以及原理进行了调查与研究,分析了不同种类电源调制器设计的优缺点,在此基础上设计了一种离散型的电源调制器。对于电源调制器设计过程中出现的纹波现象进行了分析并提出了解决方案,并且针对不同的输入信号类型,设计了一种算法能够对电平值进行调整,从而改善电源调制器的整体效率。经过测试可知,在20MHz的切换速率下,电源调制器能够保持高达86.5%的整体效率,最大输出电压为32V,最小输出电压为8V,并且输出的峰值功率能够达到40W,平均输出功率可达10W以上。另外,针对作为ET系统另一核心的功率放大器,本文深入地探究了宽带高效率功率放大器的设计思路与方法,分析了寄生电容(非线性电容)以及变化的漏极电压对于功率放大器设计的影响,从而在功放管的设计过程中进行了优化。最终本文采用Cree公司的CGH40010F晶体管设计了一款宽带高效率连续F类功率放大器,工作频段在3.2GHz-4.3GHz,漏极效率在70%左右,增益在10dB以上,输出功率为40dBm以上。最后,对功率放大器在变化的漏极电压下的特性改变进行了研究之后,本文将整个ET系统进行了联合测试及优化。在简单的测试平台下验证整个ET系统,最终的测试结果显示,在40MHz的LTE信号(PAPR值为9.2)输入下,ET系统使功率放大器的效率从27.1%提高至31.5%,验证了宽带高PAPR值信号输入时,ET确实可以显著地改善功率放大器的效率。
【图文】：

离散型电源调制器输出示意图

LMZ14201仿真效率图
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN722.75

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本文编号：2606436