射頻線性功率放大器研究.pdf

1、本論文的研究內(nèi)容包括三個方面，PA非線性分析；反饋預失真線性PA設(shè)計；PA輔助電路－微帶巴倫和DGS微帶濾波器－設(shè)計。其中，有創(chuàng)新和有價值的研究工作主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1）提出利用PA非線性指標估算碼分多址CDMA系統(tǒng)誤碼率的方法以及PA功率回退的估算方法。眾所周知，PA的非線性失真將導致通信系統(tǒng)性能的惡化，但PA的非線性指標和通信性能指標(如誤碼率)間缺乏明確的關(guān)系。各種通信系統(tǒng)都提出相應(yīng)的PA非線性指標要求，但指標的由來缺乏明確

2、的說明。文中以CDMA的基本模型和PA的冪級數(shù)模型，提出一種定量分析PA非線性對CDMA系統(tǒng)誤碼率影響的方法。此外，雙音測試被廣泛用于分析放大器的非線性特性，其指標包括三階交調(diào)(IM3)和三階截斷點(IP3)。但是，實驗和分析結(jié)果表明他們不足以充分描述放大器非線性對CDMA系統(tǒng)的影響及其產(chǎn)生的信號頻譜再生或鄰道干擾。鄰道功率比(ACPR)能較好地描述PA的非線性影響，是CDMA系統(tǒng)最常見的非線性指標，但它與PA的性能參數(shù)（1dB壓縮點功

3、率和IP3）間缺少明確的定量關(guān)系。根據(jù)放大器的冪級數(shù)模型和CDMA基本模型，文中給出利用PA的功率增益和1dB壓縮點功率估算CDMA系統(tǒng)ACPR的計算公式，以及滿足系統(tǒng)非線性要求的功率回退計算方法。2）提出并分析了反饋預失真線性化技術(shù)及其實現(xiàn)方案。前饋線性化技術(shù)結(jié)構(gòu)復雜，較難實現(xiàn)但具有很高的非線性改善性能。負反饋線性化技術(shù)是閉環(huán)系統(tǒng)，具有自適應(yīng)能力，但對系統(tǒng)的延遲時間和增益要求較高。從線性化的角度看，負反饋技術(shù)是用增益換取失真抑制。預失

4、真技術(shù)結(jié)構(gòu)最簡單并具有中等的非線性改善性能，如何獲取反映PA非線性特性的預失真信號是預失真技術(shù)的關(guān)鍵。本文提出反饋預失真PA線性化方法，由PA的輸出信號和輸入初始信號的差信號獲得PA的非線性特性，并反饋至輸入端作為預失真信號，因而該預失真信號能充分描述PA的非線性特性。本文從理論、仿真和實驗等三方面論證了反饋預失真線性功放的可行性及其非線性改善性能。實驗結(jié)果表明，反饋預失真線性化方法結(jié)構(gòu)簡單、預失真信號易于產(chǎn)生和控制。當測試電路參考信號

5、支路插入損耗為-8dB時，IM3可改善約5dB，當插入損耗為-2dB時，約可改善11dB。最后討論了自適應(yīng)算法，提出了基于最小均方誤差(LMS)自適應(yīng)算法的反饋預失真系統(tǒng)。3）提出雙耦合線微帶巴倫。巴倫是推挽PA的關(guān)鍵部件，其雙端口的平衡特性將直接影響PA的性能。微帶巴倫要實現(xiàn)好的平衡特性，其傳輸線必須具有很高的偶模阻抗，即線寬和線間距要很小但這將導致其插入損耗很大。因此，必須采用雙面或非共面結(jié)構(gòu)的緊耦合傳輸線。本文基于橫電磁波(TEM

6、)耦合傳輸線，提出一種雙耦合線結(jié)構(gòu)微帶巴倫，推導出確定耦合微帶線參數(shù)的微帶巴倫導納方程，該方程可快速、簡便地確定耦合線的奇偶模阻抗。并用高級設(shè)計系統(tǒng)(ADS)仿真和實驗測試驗證上述巴倫結(jié)構(gòu)及其導納方程。在此基礎(chǔ)上，進一步討論了采用寬邊耦合線和普通窄邊耦合線實現(xiàn)上述巴倫的方法，即寬邊雙耦合線巴倫和多節(jié)雙耦合線巴倫。實驗結(jié)果表明，采用奇模阻抗為89Ω、偶模阻抗為42Ω的微帶線構(gòu)成雙耦合線巴倫具有較好的性能(0.3dB幅度不平衡、3o相位不平

7、衡、2.7GHz中心頻率、大于20﹪帶寬)。并探討了一種改善巴倫性能的方法－電容補償法。4）研究了接地面缺陷結(jié)構(gòu)(DGS)微帶線的等效電路及其在濾波器設(shè)計中的運用。濾波器是PA必不可少的輔助電路之一，DGS微帶線具有帶阻特性，它在PA濾波器設(shè)計中的運用具有較大的實用價值。本文利用三維場分析法討論了DGS形狀以及介質(zhì)的介電常數(shù)對其頻率特性的影響，利用電路分析法分析了DGS微帶線的等效LC電路及其參數(shù)的提取。討論了利用DGS微帶線設(shè)計濾波器