射频宽带Doherty功率放大器研究

发布时间：2017-08-11 22:36

  本文关键词：射频宽带Doherty功率放大器研究

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【摘要】：作为高速率通信的最佳接入技术,多载波通信技术对无线收发系统提出了宽带、高效和高线性度的要求。Doherty功率放大器(DPA)因其回退效率较高的特性而在大峰均比通信系统中得以广泛运用。DPAs因其自身工作机制的原因而常常线性度不高。传统功率回退技术虽可获得较为理想线性度,但是以牺牲输出功率和效率为代价的。基带数字预失真技术和前馈技术等主流线性化技术虽被广泛使用,但不可避免地伴随着设计成本、体积和复杂度增加以及系统效率降低等问题。因此,可满足多载波通信要求的高性能DPAs设计技术是DPAs研究领域的重点和难点。DPAs中来自载波功放和峰值功放的输出功率是在相位补偿后再叠加,因而谐波回收和抑制可作为高性能DPAs设计研究的切入点。然而传统DPAs中的λ/4变换线谐波抑制能力较弱,不利于DPAs效率和线性度的改善。本文首先设计了一种基于耦合线加载容性二端口网络的相位补偿结构,然后将该结构替换传统DPAs中的λ/4变换线。在此基础上,本文研制了一种工作在2.1~2.4GHz的宽带DPA。耦合线加载容性二端口网络在研制的DPAs中起到谐波抑制、相位补偿和阻抗变换作用。研制的DPA漏极效率较高,饱和增益大于10.2d B。较传统DPA,研制的DPA的三阶互调显著改善了约20d B,最大AM-PM失真仅为2.88o。随后,本文通过在耦合线加载容性二端口网络中引入缺陷地结构,增强了带外谐波抑制能力,从而实现了5~6%的效率提升。为进一步改善DPA性能,本文研制了一种基于两对耦合线加载容性二端口网络架构的宽带DPA,并完成了其仿真设计和测试工作。较传统DPA,研制的DPA在1.8~2.4GHz性能优良,饱和效率和6d B回退效率分别大于66.23%和31%,三阶互调改善了22d B左右。同时,本文设计了一种改进型谐波控制结构,并将该种谐波控制结构应用到DPA设计中,研制了一种工作在1.7~2.5GHz的宽带高效DPA。测试结果显示,饱和增益大于8.8d B,饱和漏极效率大于63.69%,6d B回退效率在36.90~60.65%之间。较传统DPAs,本文研制的DPA达到了带宽拓展和效率提高的效果。最后,本文研制了一种工作在2~2.4GHz的小型化Wilkinson功率分配器。该功分器采用了一种特殊结构,达到了对较宽邻信道范围内的谐波抑制度可灵活设计的效果。通过对本文研制的DPA和WPD实物测试,测试结果和仿真设计基本吻合,从而验证了本文设计方案的可行性和理论分析的正确性。
【关键词】：Doherty功率放大器 容性二端口网络 谐波抑制 谐波控制 功分器
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN722.75
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 国内外Doherty功率放大器研究进展10-13
• 1.3 本文的目标与主要研究内容13-14
• 1.4 本文的结构安排14-15
• 第二章 射频功率放大器理论研究15-25
• 2.1 功率放大器分类及工作机制研究15-18
• 2.1.1 常规功率放大器研究15
• 2.1.2 开关类功率放大器研究15-18
• 2.1.3 J类和连续类功率放大器研究18
• 2.2 功率放大器关键指标18-22
• 2.3 高线性度功率放大器设计技术研究22
• 2.4 功率放大器效率提升技术研究22-23
• 2.5 功率放大器匹配技术研究23-24
• 2.6 功率放大器记忆效应研究24
• 2.7 本章小结24-25
• 第三章 Doherty功率放大器理论基础及工作机制研究25-41
• 3.1 Doherty功率放大器结构25-28
• 3.1.1 经典对称式Doherty功率放大器研究25-27
• 3.1.2 平行式Doherty功率放大器研究27
• 3.1.3 多路/级Doherty功率放大器（MSDPA）研究27-28
• 3.2 有源负载牵引原理研究28-30
• 3.3 SDPA工作机制研究30-38
• 3.4 宽带Doherty功率放大器工程设计中的几大重要性能影响因素38-40
• 3.4.1 DPAs带宽限制因素研究与分析38
• 3.4.2 膝点电压Vknee影响机制研究与分析38-39
• 3.4.3 DPAs线性化设计考虑与分析39
• 3.4.4 功率分配比对Doherty功率放大器性能的影响39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 基于改进型相位补偿结构的Doherty功率放大器研制41-64
• 4.1 改进型相位补偿网络的设计与理论分析41-45
• 4.2 基于改进型相位补偿结构的Doherty功率放大器设计45-46
• 4.2.1 静态工作点的确定和稳定性设计45-46
• 4.2.2 基于改进型相位补偿结构的Doherty功率放大器联合仿真46
• 4.3 Doherty功率放大器的散热设计46-47
• 4.4 宽带Doherty功率放大器的硬件实现和测试47-52
• 4.5 缺陷地结构的引入及其应用52-57
• 4.5.1 基于缺陷地结构的相位补偿网络设计53-55
• 4.5.2 改进型宽带Doherty功率放大器的实物加工55
• 4.5.3 改进型宽带Doherty功率放大器实物测试55-57
• 4.6 基于耦合线架构的宽带Doherty功率放大器研制57-63
• 4.6.1 基于改进型耦合线架构的谐波抑制结构设计和理论分析58-60
• 4.6.2 基于耦合线架构的宽带Doherty功率放大器实物加工60-61
• 4.6.3 基于耦合线架构的宽带Doherty功率放大器实物测试61-63
• 4.7 本章小结63-64
• 第五章 基于谐波控制技术的宽带Doherty功率放大器研制64-70
• 5.1 谐波控制技术对于宽带功放设计的重要意义64
• 5.2 谐波控制结构的设计与研究64-65
• 5.3 基于谐波控制技术的宽带Doherty功率放大器实物加工65-66
• 5.4 基于谐波控制技术的宽带Doherty功率放大器实物测试66-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第六章 高性能小型化功率模块研制70-75
• 6.1 谐波抑制特性可控结构的设计70-72
• 6.2 谐波抑制Wilkinson功分器实物加工72
• 6.3 实物测试及实验结果分析72-74
• 6.4 本章小结74-75
• 第七章 结束语75-77
• 7.1 本文主要贡献及工作总结75-76
• 7.2 下一步工作建议76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-83
• 攻硕期间取得的成果83-84

【参考文献】

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1 赵世巍;高性能小型化射频功率放大器研究[D];电子科技大学;2012年

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本文编号：658561