本文關(guān)鍵詞：寬帶高效率功率放大器與寬帶調(diào)制信號Doherty電路研究及線性化

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【摘要】：移動通信業(yè)務的快速發(fā)展和用戶數(shù)量的急劇增加,對新一代無線通信系統(tǒng)提出了更高的目標和要求,在這些需求中以“寬帶”和“高速數(shù)據(jù)傳輸”最為突出,如LTE-Advanced標準要求低速移動狀態(tài)下的信號傳輸速率達到1GbpS。為實現(xiàn)這樣的高速傳輸能力,載波聚合等寬帶高效率頻譜調(diào)制技術(shù)在通信系統(tǒng)中被廣泛采用,它通過對離散和閑置的頻譜資源進行整合,將多個子帶聚合起來實現(xiàn)最大100MHz帶寬的調(diào)制信號,使得調(diào)制信號具有10dB以上的超高峰均比。而功率放大器作為通信系統(tǒng)中的重要組件,其寬帶和高效率性能指標在應對這樣的寬帶工作環(huán)境和高峰均比應用時就顯得尤為重要。本文圍繞LTE-Advanced寬帶載波聚合技術(shù)應用,在國家重大科技專項和國家自然基金等項目的資助下,探索單管功率放大器的寬帶高效率設(shè)計方法,并以此為基礎(chǔ)開展了Doherty電路寬帶高效率特性研究。其主要研究工作安排如下：1、以直接綜合電路拓撲結(jié)構(gòu),探索Doherty結(jié)構(gòu)子電路設(shè)計方法為目的,改進了傳統(tǒng)的SRFT匹配算法,通過掃描截止頻率工對諧波阻抗進行控制,綜合出具有寬帶高效率工作特性的單管功率放大器,并有效縮小了電路尺寸。依據(jù)它設(shè)計出55%工作帶寬和50mm×60mm面積的功率放大器,連續(xù)波測試下的漏極效率達到55%-70%；經(jīng)過數(shù)字預失真線性化處理之后,100MHz帶寬LTE-Advanced信號作用下的功率放大器輸出ACLR優(yōu)于-47.0dBc,仿真和測試結(jié)果表明改進的諧波控制SRFT算法具有優(yōu)異性能。相關(guān)研究成果已經(jīng)在國際核心期刊Microwave Journal上發(fā)表。2、通過研究功率放大器的不同高效率工作模式,提出了模式組合設(shè)計概念,將不同的高效率模式組合起來實現(xiàn)寬帶或多帶特性,能夠同時用于單管及Doherty功放設(shè)計。采用低通濾波原型設(shè)計方法,研制的高效率可控雙模功率放大器在49%的工作帶寬內(nèi),實現(xiàn)了F-1類和J類兩種高效率模式的結(jié)合,且雙模間距可控,峰值效率可調(diào)節(jié)到1.9-2.0GHz和2.3-2.6GHz兩個通信頻段。測得F’類和J類雙模下的峰值效率范圍分別為75.6%-80.3%和68.8%-76.6%；使用寬帶100MHz以及具有140MHz/300MHz不同頻率間隔的雙帶調(diào)制信號對設(shè)計的功放進行測試,數(shù)字預失真線性化處理后,功率放大器的輸出ACLR分別為-47.5,-48.6和-46.1dBc。相關(guān)研究成果已經(jīng)被IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques接收,部分工作申請了專利。3、對寬帶調(diào)制信號激勵下的Doherty特性,尤其是峰值功率放大器對電路輸出功率和效率所產(chǎn)生的影響進行了分析。針對C類偏置下的峰值功率放大器開啟特性發(fā)生偏移的情況,提出了改進峰值輸入特性的Doherty電路設(shè)計方法。相比傳統(tǒng)功放結(jié)構(gòu),利用SRFT匹配技術(shù)對峰值功率放大器的輸入電路進行寬帶匹配,改善Doherty效率、輸出功率的一致性。對工作在2.1-2.2GHz的改進型Doherty功放進行測試,在100MHz相同工作帶寬內(nèi),漏極效率從38%-47%改善到46%-48%,效率偏差降為2%。同時最大輸出功率從49.2dBm提升到49.7dBm,最大輸出效率從58%增加到63%。對于寬帶100MHz調(diào)制信號測試,數(shù)字預失真線性化處理前后的改進型Doherty功放輸出ACLR均有2dB改善。仿真和測試結(jié)果表明所提出的寬帶輸入匹配方法對峰值路功率放大器帶內(nèi)開啟特性以及Doherty功放輸出特性有明顯改善,驗證了峰值功率放大器在Doherty工作過程中的原理分析。相關(guān)研究成果已在《微波學報》和2015年的National Conference on Microwave and Millimeter Waves會議上發(fā)表,并對其中部分內(nèi)容申請了專利。4、提出了一種基于SRFT雙優(yōu)化目標的寬帶高效率Doherty電路設(shè)計方法。從Doherty電路自身結(jié)構(gòu)的寬帶限制因素出發(fā),分析了Doherty工作所需要的阻抗邊界條件以及傳統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)中offset-line和λ/4阻抗變換器對寬帶工作帶來的影響�；诟倪M的雙優(yōu)化目標SRFT算法設(shè)計出工作在2.0-2.6GHz的Doherty功放,采用雙阻抗變換輸出網(wǎng)絡(luò)消去了傳統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)中的載波路offset-line和λ/4阻抗變換器,簡化了Doherty電路設(shè)計。通過在SRFT算法中加入諧波控制,實現(xiàn)了連續(xù)F-1類高效率工作模式。實測結(jié)果表明,研制的Doherty功放在2.0-2.6GHz頻帶內(nèi)具有61.4%-75%的最大輸出效率,6dB回退效率達到45%-63.3%,工作帶寬達到26%。對比傳統(tǒng)方法,該方法工作帶寬寬,效率高,無需額外高阻抗模式調(diào)試。數(shù)字預失真線性化處理后,40MHz調(diào)制信號下測得的Doherty功放ACLR優(yōu)于-50dBc。本章部分內(nèi)容已經(jīng)在國際核心期刊IEEE Microwave and Wireless Components Letters上發(fā)表,相關(guān)研究成果也已投稿至IEEE Transaction on Circuit and Systems Ⅱ。
【關(guān)鍵詞】：寬帶 高效率 功率放大器 SRFT Long Term Evolution Advanced Doherty 數(shù)字預失真
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN722.75
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 緒論12-24
• §1 研究背景及意義12-14
• §2 高效率功率放大器研究內(nèi)容及現(xiàn)狀14-16
• §3 論文的研究目標和主要內(nèi)容16-18
• 參考文獻18-24
• 第一章 寬帶高效率功率放大器技術(shù)指標24-38
• §1.1. 寬帶高效率功率放大器性能指標24-28
• §1.1.1. 回波損耗和增益平坦度24-25
• §1.1.2. 工作帶寬和百分比帶寬25-26
• §1.1.3. 效率26
• §1.1.4. P3dB和ACLR26-28
• §1.2. 寬帶匹配技術(shù)28-30
• §1.3. 功率放大器工作模式30-32
• §1.4. 數(shù)字預失真技術(shù)32
• §1.5. 本章小結(jié)32-34
• 參考文獻34-38
• 第二章 新型SRFT諧波控制匹配方法38-54
• §2.1. 應用背景38
• §2.2. SRFT寬帶匹配算法38-43
• §2.2.1. SRFT算法原理38-40
• §2.2.2. SRFT算法實現(xiàn)40-42
• §2.2.3. 改進的新型SRFT以及緊湊型寬帶功率放大器設(shè)計42-43
• §2.3. 緊湊型寬帶高效率功率放大器設(shè)計43-51
• §2.3.1. 緊湊型寬帶輸出匹配網(wǎng)絡(luò)43-45
• §2.3.2. 緊湊型寬帶輸入匹配電路設(shè)計45-46
• §2.3.3. 緊湊型寬帶高效率功率放大器設(shè)計46-47
• §2.3.4. 緊湊型寬帶高效率功率放大器測試結(jié)果47-51
• §2.4. 本章小結(jié)51-52
• 參考文獻52-54
• 第三章 寬帶高效率可控雙模功率放大器研究54-76
• §3.1. 研究背景54-55
• §3.2. 模式組合理論55-57
• §3.3. F~(-1)類和J類組合模式功率放大器設(shè)計57-63
• §3.3.1. F~(-1)類和J類雙模組合中的短路和容性諧波阻抗設(shè)計58-60
• §3.3.2. F~(-1)類和J類雙模組合中的開路諧波阻抗設(shè)計60-61
• §3.3.3. 諧振特性及開路諧波阻抗狀態(tài)分析61-63
• §3.4. 可控雙模寬帶高效率功率放大器設(shè)計63-72
• §3.4.1. 雙模組合輸出匹配電路設(shè)計63-66
• §3.4.2. 輸入匹配和偏置電路設(shè)計66-67
• §3.4.3. 后優(yōu)化67-68
• §3.4.4. 可控雙模寬帶高效率功率放大器測試結(jié)果68-72
• §3.5. 本章小結(jié)72-73
• 參考文獻73-76
• 第四章 寬帶調(diào)制信號下的Doherty電路C類工作特性研究76-100
• §4.1. 引言76-77
• §4.2. Doherty電路77-83
• §4.2.1. 放大器工作特性77-78
• §4.2.2. 有源負載調(diào)制78-79
• §4.2.3. Doherty工作原理79-81
• §4.2.4. 傳統(tǒng)Doherty電路輸出功率和效率特性81-83
• §4.3. 峰值功率放大器對Doherty電路影響83-89
• §4.3.1. C類偏置下的功率放大器開啟特性85-87
• §4.3.2. 峰值路不同時開啟特性對Doherty電路影響87-88
• §4.3.3. 寬帶匹配解決方案88-89
• §4.4. 改進峰值輸入特性的Doherty電路設(shè)計89-95
• §4.4.1. 具有寬帶輸入匹配峰值電路的Doherty功放仿真91-93
• §4.4.2. 單管功率放大器測試93
• §4.4.3. Doherty功放測試結(jié)果93-95
• §4.4.4. 寬帶調(diào)制信號測試95
• §4.5. 本章小結(jié)95-97
• 參考文獻97-100
• 第五章 雙阻抗變換網(wǎng)絡(luò)寬帶高效率Doherty電路研究100-132
• §5.1. 引言100-101
• §5.2. Doherty電路帶寬特性分析101-115
• §5.2.1. Doherty電路中負載調(diào)制下的阻抗變換特性101-104
• §5.2.2. Doherty寬帶特性分析104-114
• §5.2.3. 寬帶解決方案114-115
• §5.3. 寬帶Doherty電路中的λ/4阻抗變換器消去設(shè)計115-121
• §5.3.1. SRFT雙優(yōu)化目標匹配算法116-118
• §5.3.2. 載波路功率放大器雙阻抗變換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計實例118-121
• §5.3.3. 合并網(wǎng)絡(luò)的寬帶設(shè)計方法121
• §5.4. 具有雙阻抗變換輸出網(wǎng)絡(luò)的寬帶Doherty功放121-123
• §5.5. 寬帶雙阻抗變換匹配網(wǎng)絡(luò)的Doherty功放測試結(jié)果123-125
• §5.5.1. Doherty功放S參數(shù)測試123
• §5.5.2. Doherty功放連續(xù)波測試123-124
• §5.5.3. Doherty功放LTE-Advanced調(diào)制信號測試124-125
• §5.6. 本章小結(jié)125-127
• 參考文獻127-132
• 結(jié)論與展望132-134
• 作者簡介134-136
• 致謝136

【參考文獻】

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 袁杰;高效率射頻功率放大器的研究[D];電子科技大學;2010年

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本文編號：545943