宽带高效率功率放大器与宽带调制信号Doherty电路研究及线性化

发布时间：2017-07-15 22:04

  本文关键词：宽带高效率功率放大器与宽带调制信号Doherty电路研究及线性化

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【摘要】：移动通信业务的快速发展和用户数量的急剧增加,对新一代无线通信系统提出了更高的目标和要求,在这些需求中以“宽带”和“高速数据传输”最为突出,如LTE-Advanced标准要求低速移动状态下的信号传输速率达到1GbpS。为实现这样的高速传输能力,载波聚合等宽带高效率频谱调制技术在通信系统中被广泛采用,它通过对离散和闲置的频谱资源进行整合,将多个子带聚合起来实现最大100MHz带宽的调制信号,使得调制信号具有10dB以上的超高峰均比。而功率放大器作为通信系统中的重要组件,其宽带和高效率性能指标在应对这样的宽带工作环境和高峰均比应用时就显得尤为重要。本文围绕LTE-Advanced宽带载波聚合技术应用,在国家重大科技专项和国家自然基金等项目的资助下,探索单管功率放大器的宽带高效率设计方法,并以此为基础开展了Doherty电路宽带高效率特性研究。其主要研究工作安排如下：1、以直接综合电路拓扑结构,探索Doherty结构子电路设计方法为目的,改进了传统的SRFT匹配算法,通过扫描截止频率工对谐波阻抗进行控制,综合出具有宽带高效率工作特性的单管功率放大器,并有效缩小了电路尺寸。依据它设计出55%工作带宽和50mm×60mm面积的功率放大器,连续波测试下的漏极效率达到55%-70%；经过数字预失真线性化处理之后,100MHz带宽LTE-Advanced信号作用下的功率放大器输出ACLR优于-47.0dBc,仿真和测试结果表明改进的谐波控制SRFT算法具有优异性能。相关研究成果已经在国际核心期刊Microwave Journal上发表。2、通过研究功率放大器的不同高效率工作模式,提出了模式组合设计概念,将不同的高效率模式组合起来实现宽带或多带特性,能够同时用于单管及Doherty功放设计。采用低通滤波原型设计方法,研制的高效率可控双模功率放大器在49%的工作带宽内,实现了F-1类和J类两种高效率模式的结合,且双模间距可控,峰值效率可调节到1.9-2.0GHz和2.3-2.6GHz两个通信频段。测得F’类和J类双模下的峰值效率范围分别为75.6%-80.3%和68.8%-76.6%；使用宽带100MHz以及具有140MHz/300MHz不同频率间隔的双带调制信号对设计的功放进行测试,数字预失真线性化处理后,功率放大器的输出ACLR分别为-47.5,-48.6和-46.1dBc。相关研究成果已经被IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques接收,部分工作申请了专利。3、对宽带调制信号激励下的Doherty特性,尤其是峰值功率放大器对电路输出功率和效率所产生的影响进行了分析。针对C类偏置下的峰值功率放大器开启特性发生偏移的情况,提出了改进峰值输入特性的Doherty电路设计方法。相比传统功放结构,利用SRFT匹配技术对峰值功率放大器的输入电路进行宽带匹配,改善Doherty效率、输出功率的一致性。对工作在2.1-2.2GHz的改进型Doherty功放进行测试,在100MHz相同工作带宽内,漏极效率从38%-47%改善到46%-48%,效率偏差降为2%。同时最大输出功率从49.2dBm提升到49.7dBm,最大输出效率从58%增加到63%。对于宽带100MHz调制信号测试,数字预失真线性化处理前后的改进型Doherty功放输出ACLR均有2dB改善。仿真和测试结果表明所提出的宽带输入匹配方法对峰值路功率放大器带内开启特性以及Doherty功放输出特性有明显改善,验证了峰值功率放大器在Doherty工作过程中的原理分析。相关研究成果已在《微波学报》和2015年的National Conference on Microwave and Millimeter Waves会议上发表,并对其中部分内容申请了专利。4、提出了一种基于SRFT双优化目标的宽带高效率Doherty电路设计方法。从Doherty电路自身结构的宽带限制因素出发,分析了Doherty工作所需要的阻抗边界条件以及传统拓扑结构中offset-line和λ/4阻抗变换器对宽带工作带来的影响。基于改进的双优化目标SRFT算法设计出工作在2.0-2.6GHz的Doherty功放,采用双阻抗变换输出网络消去了传统拓扑结构中的载波路offset-line和λ/4阻抗变换器,简化了Doherty电路设计。通过在SRFT算法中加入谐波控制,实现了连续F-1类高效率工作模式。实测结果表明,研制的Doherty功放在2.0-2.6GHz频带内具有61.4%-75%的最大输出效率,6dB回退效率达到45%-63.3%,工作带宽达到26%。对比传统方法,该方法工作带宽宽,效率高,无需额外高阻抗模式调试。数字预失真线性化处理后,40MHz调制信号下测得的Doherty功放ACLR优于-50dBc。本章部分内容已经在国际核心期刊IEEE Microwave and Wireless Components Letters上发表,相关研究成果也已投稿至IEEE Transaction on Circuit and Systems Ⅱ。
【关键词】：宽带 高效率 功率放大器 SRFT Long Term Evolution Advanced Doherty 数字预失真
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN722.75
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 绪论12-24
• §1 研究背景及意义12-14
• §2 高效率功率放大器研究内容及现状14-16
• §3 论文的研究目标和主要内容16-18
• 参考文献18-24
• 第一章 宽带高效率功率放大器技术指标24-38
• §1.1. 宽带高效率功率放大器性能指标24-28
• §1.1.1. 回波损耗和增益平坦度24-25
• §1.1.2. 工作带宽和百分比带宽25-26
• §1.1.3. 效率26
• §1.1.4. P3dB和ACLR26-28
• §1.2. 宽带匹配技术28-30
• §1.3. 功率放大器工作模式30-32
• §1.4. 数字预失真技术32
• §1.5. 本章小结32-34
• 参考文献34-38
• 第二章 新型SRFT谐波控制匹配方法38-54
• §2.1. 应用背景38
• §2.2. SRFT宽带匹配算法38-43
• §2.2.1. SRFT算法原理38-40
• §2.2.2. SRFT算法实现40-42
• §2.2.3. 改进的新型SRFT以及紧凑型宽带功率放大器设计42-43
• §2.3. 紧凑型宽带高效率功率放大器设计43-51
• §2.3.1. 紧凑型宽带输出匹配网络43-45
• §2.3.2. 紧凑型宽带输入匹配电路设计45-46
• §2.3.3. 紧凑型宽带高效率功率放大器设计46-47
• §2.3.4. 紧凑型宽带高效率功率放大器测试结果47-51
• §2.4. 本章小结51-52
• 参考文献52-54
• 第三章 宽带高效率可控双模功率放大器研究54-76
• §3.1. 研究背景54-55
• §3.2. 模式组合理论55-57
• §3.3. F~(-1)类和J类组合模式功率放大器设计57-63
• §3.3.1. F~(-1)类和J类双模组合中的短路和容性谐波阻抗设计58-60
• §3.3.2. F~(-1)类和J类双模组合中的开路谐波阻抗设计60-61
• §3.3.3. 谐振特性及开路谐波阻抗状态分析61-63
• §3.4. 可控双模宽带高效率功率放大器设计63-72
• §3.4.1. 双模组合输出匹配电路设计63-66
• §3.4.2. 输入匹配和偏置电路设计66-67
• §3.4.3. 后优化67-68
• §3.4.4. 可控双模宽带高效率功率放大器测试结果68-72
• §3.5. 本章小结72-73
• 参考文献73-76
• 第四章 宽带调制信号下的Doherty电路C类工作特性研究76-100
• §4.1. 引言76-77
• §4.2. Doherty电路77-83
• §4.2.1. 放大器工作特性77-78
• §4.2.2. 有源负载调制78-79
• §4.2.3. Doherty工作原理79-81
• §4.2.4. 传统Doherty电路输出功率和效率特性81-83
• §4.3. 峰值功率放大器对Doherty电路影响83-89
• §4.3.1. C类偏置下的功率放大器开启特性85-87
• §4.3.2. 峰值路不同时开启特性对Doherty电路影响87-88
• §4.3.3. 宽带匹配解决方案88-89
• §4.4. 改进峰值输入特性的Doherty电路设计89-95
• §4.4.1. 具有宽带输入匹配峰值电路的Doherty功放仿真91-93
• §4.4.2. 单管功率放大器测试93
• §4.4.3. Doherty功放测试结果93-95
• §4.4.4. 宽带调制信号测试95
• §4.5. 本章小结95-97
• 参考文献97-100
• 第五章 双阻抗变换网络宽带高效率Doherty电路研究100-132
• §5.1. 引言100-101
• §5.2. Doherty电路带宽特性分析101-115
• §5.2.1. Doherty电路中负载调制下的阻抗变换特性101-104
• §5.2.2. Doherty宽带特性分析104-114
• §5.2.3. 宽带解决方案114-115
• §5.3. 宽带Doherty电路中的λ/4阻抗变换器消去设计115-121
• §5.3.1. SRFT双优化目标匹配算法116-118
• §5.3.2. 载波路功率放大器双阻抗变换网络设计实例118-121
• §5.3.3. 合并网络的宽带设计方法121
• §5.4. 具有双阻抗变换输出网络的宽带Doherty功放121-123
• §5.5. 宽带双阻抗变换匹配网络的Doherty功放测试结果123-125
• §5.5.1. Doherty功放S参数测试123
• §5.5.2. Doherty功放连续波测试123-124
• §5.5.3. Doherty功放LTE-Advanced调制信号测试124-125
• §5.6. 本章小结125-127
• 参考文献127-132
• 结论与展望132-134
• 作者简介134-136
• 致谢136

【参考文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 袁杰;高效率射频功率放大器的研究[D];电子科技大学;2010年

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本文编号：545943