寬帶高效率功率放大器與寬帶調(diào)制信號(hào)Doherty電路研究及線性化.pdf

1、移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展和用戶數(shù)量的急劇增加，對(duì)新一代無線通信系統(tǒng)提出了更高的目標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)要求低速移動(dòng)狀態(tài)下的信號(hào)傳輸速率達(dá)到1Gbps。為實(shí)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(duì)離散和閑置的頻譜資源進(jìn)行整合，將多個(gè)子帶聚合起來實(shí)現(xiàn)最大100MHz帶寬的調(diào)制信號(hào)，使得調(diào)制信號(hào)具有10dB以上的超高峰均比。而功率放

2、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(biāo)在應(yīng)對(duì)這樣的寬帶工作環(huán)境和高峰均比應(yīng)用時(shí)就顯得尤為重要。本文圍繞LTE-Advanced寬帶載波聚合技術(shù)應(yīng)用，在國家重大科技專項(xiàng)和國家自然基金等項(xiàng)目的資助下，探索單管功率放大器的寬帶高效率設(shè)計(jì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，探索Doherty結(jié)構(gòu)子電路設(shè)計(jì)方法為目的，改進(jìn)了傳統(tǒng)的SRFT匹配算

3、法，通過掃描截止頻率fe對(duì)諧波阻抗進(jìn)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(jì)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(dá)到55％～70％;經(jīng)過數(shù)字預(yù)失真線性化處理之后，100MHz帶寬LTE-Advanced信號(hào)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(jìn)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Micr

4、owave 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(jì)概念，將不同的高效率模式組合起來實(shí)現(xiàn)寬帶或多帶特性，能夠同時(shí)用于單管及Doherty功放設(shè)計(jì)。采用低通濾波原型設(shè)計(jì)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(shí)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(gè)通信頻段。測得F-1類和J類雙模下的峰值

5、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(hào)對(duì)設(shè)計(jì)的功放進(jìn)行測試，數(shù)字預(yù)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-46.1 dBc。相關(guān)研究成果已經(jīng)被IEEE Transactions onMicrowave Theory and Techniques接收，部分工作申請(qǐng)了專利。
　　3、對(duì)寬帶調(diào)制信號(hào)激

6、勵(lì)下的Doherty特性，尤其是峰值功率放大器對(duì)電路輸出功率和效率所產(chǎn)生的影響進(jìn)行了分析。針對(duì)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(jìn)峰值輸入特性的Doherty電路設(shè)計(jì)方法。相比傳統(tǒng)功放結(jié)構(gòu)，利用SRFT匹配技術(shù)對(duì)峰值功率放大器的輸入電路進(jìn)行寬帶匹配，改善Doherty效率、輸出功率的一致性。對(duì)工作在2.1～2.2GHz的改進(jìn)型Doherty功放進(jìn)行測試，在100MHz相同工作帶寬內(nèi)，漏極效率從38％～47％改善到

7、46％～48％，效率偏差降為2％。同時(shí)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(duì)于寬帶100MHz調(diào)制信號(hào)測試，數(shù)字預(yù)失真線性化處理前后的改進(jìn)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(duì)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(yàn)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(xué)報(bào)》和20

8、15年的National Conference onMicrowave and Millimeter Waves會(huì)議上發(fā)表，并對(duì)其中部分內(nèi)容申請(qǐng)了專利。
　　4、提出了一種基于SRFT雙優(yōu)化目標(biāo)的寬帶高效率Doherty電路設(shè)計(jì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)中offset-line和λ/4阻抗變換器對(duì)寬帶工作帶來的影響?；诟倪M(jìn)的雙優(yōu)化目標(biāo)SRFT

9、算法設(shè)計(jì)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?fù)浣Y(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(jì)。通過在SRFT算法中加入諧波控制，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)F-1類高效率工作模式。實(shí)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(dá)到45％～63.3％，工作帶寬達(dá)到26％。對(duì)比傳統(tǒng)方法，該方法工作帶寬寬