宽带高效包络跟踪电源调制技术研究

发布时间：2017-09-21 23:39

  本文关键词：宽带高效包络跟踪电源调制技术研究

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【摘要】：为提高日益拥挤的频带资源利用率和无线通信的数据传输速率,新一代的无线通信系统广泛采用复杂的变包络调制方式,从而导致调制信号有很高的峰均比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR),若采用传统的恒压供电方式将会使发射机中的射频功率放大器工作效率很低。采用包络跟踪(Envelope Tracking,ET)技术可以解决功放在输入高PAPR调制信号时效率低下的问题,并且具有广阔的应用前景。ET技术的核心是取出射频信号的包络,作为射频功放供电电源的参考,从而使射频功放的电源随着包络变化,这样就可以使功放始终工作在饱和区。虽然ET技术已经发展许多年,但是ET技术中仍然存在着许多难点与挑战,特别是高效率和宽带的包络放大器设计。本论文主要研究拓展包络放大器带宽和效率的关键技术,本文首先对现有的经典包络放大器结构进行了详细分析,并指出这些结构的优缺点。随后本文探讨了提高包络放大器带宽和效率的可能途径,并且指出基于频率分段和幅度分段方案的优势。为同时满足高效率和宽带的要求,可以采用基于频率分段的混合型包络放大器结构。本文在分析了开关变换器并联线性放大器的混合包络放大器方案的原理后,采用新型GaN材料晶体管实现了开关频率为100MHz的Boost开关电路,该开关变换器可实现放大带宽为20MHz的包络信号,并且仿真效率在80%以上。同时还设计了带宽为150MHz的宽带线性放大器。除此之外,为解决在分频段处的幅度和相位不连续现象,本文加入了预选滤波器设计。最后通过实物验证,实测该电路表明,对基带带宽为20MHz(实际包络带宽拓展到60MHz),PAPR小于6dB的调制信号的包络进行放大,平均效率可在74%。为了进一步拓展带宽,本文随后从包络放大器的结构上寻找拓展带宽的方法,并研究了基于幅度分段的多输入电源电压并联线性放大器方案,该方案的优点是可以使包络信号的带宽与开关频率相等。随后对该方案进行仿真验证,仿真表明,在输入信号最高频率为10MHz,输出电压范围在8~28V时,效率可到80%。最后制作了一款实物对该方案进行验证。以上成果表明,从器件开关频率和结构上拓展包络放大器带宽和效率的方法可行性,具有实际的工程价值。
【关键词】：包络跟踪 频率分段 高效率 宽带
【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10-16
• 1.1 研究工作的背景与意义10-12
• 1.2 包络跟踪电源调制技术国内外研究历史与现状12-14
• 1.3 本文的主要研究工作及内容安排14-16
• 第二章 ET电源的结构16-29
• 2.1 ET发射机基本结构16-17
• 2.2 包络放大器的主要类型17-23
• 2.2.1 DC/DC变换器结构17-18
• 2.2.2 开关变换器并联线性稳压器结构18-19
• 2.2.3 多输入电源供电转换器19-21
• 2.2.4 多相位交错并联结构21-23
• 2.3 包络放大器带宽和效率提高的方法23-28
• 2.3.1 利用高效率开关转换器23-24
• 2.3.2 提高系统等效开关频率24-25
• 2.3.3 开环PWM控制方式25-26
• 2.3.4 基于频率分段的混合型结构26-27
• 2.3.5 基于幅度分段的混合型结构27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 基于频率分段的混合型包络放大器研究29-52
• 3.1 宽带包络放大器设计分析29-30
• 3.2 甚高频DC/DC变换器设计30-44
• 3.2.1 Boost开关电路原理分析31-32
• 3.2.2 脉冲宽度调制波产生及驱动电路设计32-34
• 3.2.3 开关电路设计34-36
• 3.2.3.1 开关管参数计算及选择34-35
• 3.2.3.2 电感的参数计算及选择35-36
• 3.2.3.3 二极管参数计算及选择36
• 3.2.4 电路仿真36-40
• 3.2.5 实验结果分析40-44
• 3.3 宽带线性放大器设计44-47
• 3.3.1 电路仿真45-46
• 3.3.2 实验结果分析46-47
• 3.4 混合包络放大器联合设计47-50
• 3.4.1 预选滤波器设计47-48
• 3.4.2 联合测试结果48-50
• 3.5 本章小结50-52
• 第四章 基于包络分段的多输入电源电压调制技术研究52-67
• 4.1 基于包络分段的多输入电源电压调制技术原理52-56
• 4.1.1 系统方案53-54
• 4.1.2 控制方案原理54-56
• 4.2 电路设计56-61
• 4.2.1 电源电压划分56-57
• 4.2.2 开关变换器设计57-59
• 4.2.2.1 滤波电感的选择57-58
• 4.2.2.2 开关管的选取58
• 4.2.2.3 阻断二极管的选取58-59
• 4.2.3 控制电路设计59-60
• 4.2.4 线性放大器设计60-61
• 4.3 电路仿真61-64
• 4.4 实验结果分析64-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 总结与展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-75

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本文编号：897562