三频功分器及LTE-A系统宽带功放设计

发布时间：2017-07-07 08:10

  本文关键词：三频功分器及LTE-A系统宽带功放设计

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【摘要】：在迅速发展的移动通信领域中,通信整体系统趋势正朝着高效率、多频带、超宽带的方向发展。毫无疑问,线性度和工作效能已经成为针对所需要性能指标功率放大器发挥性能的两项最重要的设计走向。功率放大器模块在因为在其整个发射机整体系统中所影响的功耗比重消耗大,增益需求不断提高,逐渐在移动通信发射机模块中占据最重要的地位。作为发射机中功耗最大的模块,射频功率放大器效率低下会引起加工铜块成本增加、系统功耗增加、以及电路稳定性的降低。采纳损失一部分放大器的效率作为传统功率放大器常用的设计方式来换取线性指标的满足,在这其中,Doherty技术是目前被应用的最遍及,在满足线性度指标下效率提升极好的一种革命性的潮流技术。针对功放工作中经常提及的技术指标以及指标所表示的特定含义在本论文中结合Doherty功率放大器(Doherty Power Amplifier,简称DPA)的工作理论分析和不同的工作状态,都做出详细描述并结合具体仿真结果对性能指标做出比对。根据实验项目需要要的设计要求,经过大量选配,最终采用飞思卡尔公司型号为MRF8S26120H的三极管作为主要功放元器件。在功放设计的必备环节,如直流仿真,稳定性分析,输入输出端匹配电路设计还有补偿线的设计都进行了详细介绍。通过进行输入端改进型功分器设计,实现了一款工作在2550MHz-2650MHz频段的宽带DPA,经过跟传统DPA的比对,从根本上改进了Doherty技术窄带的缺陷,并对其进行了加工测试验证。增强型DPA与传统DPA仿真性能对比表明,该功率放大器功率在正常工作在设计频段增益达到16dB且增益平坦度在1.5 dB内,依然保持了功率附加效率可达55.6%,1dB压缩输出功率大于50dBm。在综合性能与传统DPA持平的情况下,增强型DPA通过输入端改进型功分器设计弥补了Doherty技术带宽窄的缺陷,工作带宽从20MHz提升到100MHz。增强型DPA与其中单管AB类功放性能比较来说效率和线性度有了明显改善,仅仅只是增益平坦度略微恶化。在1dB压缩点的输入功率42dBm以内具有良好的线性度。由于在设计过程当中对阻抗匹配和偏置网络的精细化设计以及采用改进型功分器增加功放带宽,相对一般的Doherty功放,该功放各项指标都有一定的提高,这也是本文了的一大创新点。
【关键词】：功率放大器 Doherty技术 功分器
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN722.75;TN626;TN929.5
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 LTE-A系统研究背景及意义10-12
• 1.2 功放模块研究背景和意义12-13
• 1.3 Doherty技术的研究现状13-15
• 1.4 本文研究内容及后续章节概述15-17
• 第二章 功分器结构介绍及设计17-39
• 2.1 传统功分器的结构17
• 2.2 Wilkinson功率分配器17-20
• 2.3 双频带功分器的开发20-26
• 2.3.1 双频带功分器的原理图及理论分析20-24
• 2.3.2 仿真实例结果24-26
• 2.4 三频带功分器的开发26-32
• 2.4.1 三频带功率分配器的基本结构26-30
• 2.4.2 仿真及测试结果30-32
• 2.5 超宽带功分器的开发32-39
• 2.5.1 超宽带功率分配器原理结构32-33
• 2.5.2 仿真及测试结果33-39
• 第三章 Doherty功放理论分析39-45
• 3.1 Doherty基本结构39
• 3.2 Doherty工作状态分析39-41
• 3.2.1 基于有源负载牵引对Doherty原理的分析39-40
• 3.2.2 Doherty工作状态40-41
• 3.3 Doherty负载阻抗的计算41
• 3.4 功率放大器的技术指标41-43
• 3.4.1 增益41-42
• 3.4.2 增益平坦度42
• 3.4.3 效能利用率42
• 3.4.4 线性度衰减42-43
• 3.4.5 稳定性43
• 3.5 单管功放技术分类43-44
• 3.6 S参数模型44-45
• 第四章 宽带DPA的开发45-75
• 4.1 整体开发步骤和预期目标45-46
• 4.1.1 DPA设计仿真流程图45
• 4.1.2 设计目标45-46
• 4.2 普通甲乙类射频放大器设计仿真46-61
• 4.2.1 直流仿真46-48
• 4.2.2 稳定性测试48-50
• 4.2.3 牵引迭代引入50-52
• 4.2.4 输入输出匹配网络的设计52-56
• 4.2.5 偏置电路56-58
• 4.2.6 单管功放仿真58-61
• 4.3 DPA电路的设计与仿真61-65
• 4.3.1 补偿线理论61-62
• 4.3.2 Doherty功率放大器仿真62-65
• 4.4 宽带DPA电路的设计与仿真65-70
• 4.4.1 增强型展宽带宽功分器基本结构65-67
• 4.4.2 宽带Doherty功放电路结构67
• 4.4.3 改进型宽带Doherty功放Layout版图67-68
• 4.4.4 性能对比68-70
• 4.5 宽带DPA加工和测试70-75
• 第五章 总结与展望75-78
• 5.1 全文总结75-76
• 5.2 今后的研究工作76-78
• 附录78-80
• 附录A 单管功放仿真原理图78-79
• 附录B 宽带Doherty功放仿真原理图79-80
• 参考文献80-84
• 论文发表与参加科研情况84-85
• 致谢85

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本文编号：529386