LTe-Advanced系統(tǒng)中高效率寬帶功率放大器研究及線性化.pdf

1、功率放大器是無線通信系統(tǒng)中的主要功能部件之一，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率、頻譜利用率、效率以及帶外頻譜雜散等指標(biāo)都會(huì)產(chǎn)生重要的影響。為了滿足高達(dá)1Gbps數(shù)據(jù)速率的要求，LTE-Advanced系統(tǒng)采用了載波聚合技術(shù)和OFDM調(diào)制方式，導(dǎo)致信號(hào)帶寬增加至100MHz，信號(hào)峰均比提高至9dB以上，對(duì)功率放大器的瞬時(shí)帶寬和效率指標(biāo)等性能提出了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。因此，高效率寬帶線性功率放大器的研究成為了當(dāng)今無線通信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。本文針對(duì)功率放大器

2、大范圍回退時(shí)的效率、瞬時(shí)帶寬以及線性度等要求，在國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題“高效率、線性寬帶功放模塊”的資助下，開展了高效率寬帶線性功率放大器的研究。論文的主要工作如下:
　　1.對(duì)Doherty功率放大器在寬帶工作時(shí)峰值放大器飽和功率偏低和增益不平坦所帶來的影響進(jìn)行了理論分析。為了解決由此引起的帶內(nèi)負(fù)載調(diào)制不充分以及效率、功率不一致等問題，提出了一種增強(qiáng)寬帶內(nèi)Doherty放大器負(fù)載調(diào)制以及功率和效率一致性的方法。該方法包括為峰值放大

3、器選擇高功率的負(fù)載阻抗，適當(dāng)提高其柵極偏置電壓以及優(yōu)化其輸入匹配網(wǎng)絡(luò)。在100MHz寬帶調(diào)制信號(hào)激勵(lì)下，采用該方法設(shè)計(jì)的2.5-2.6GHz頻段Doherty功率放大器在9dB功率回退時(shí)效率達(dá)到40％。利用寬帶數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)對(duì)功率放大器進(jìn)行線性化，ACLR改善至約-48dBc。仿真和測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了所提方法的有效性。
　　2.為了進(jìn)一步提高寬帶調(diào)制信號(hào)激勵(lì)時(shí)Doherty放大器的效率和線性度，對(duì)Doherty放大器的負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行

4、了分析，提出了一種改進(jìn)的負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)的載波和峰值放大器負(fù)載阻抗的選取方法。通過計(jì)算峰值和載波放大器的功率比和電流比，對(duì)負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)中的傳輸線特性阻抗進(jìn)行改進(jìn)，使峰值放大器實(shí)現(xiàn)完全的負(fù)載調(diào)制，保證其能夠輸出最大功率。同時(shí)，通過使載波放大器在低功率狀態(tài)時(shí)具有高于2Z0的負(fù)載阻抗，實(shí)現(xiàn)了更高的回退效率。采用此方法設(shè)計(jì)的3.4-3.5GHz頻段Doherty功率放大器，在100MHz寬帶調(diào)制信號(hào)激勵(lì)下，測(cè)試的9dB功率回退效率超過40％，

5、線性化后ACLR低于-48dBc。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)Doherty放大器相比，該方法設(shè)計(jì)的功率放大器在大功率回退時(shí)實(shí)現(xiàn)了更高的效率。
　　3.針對(duì)寬頻帶無線通信系統(tǒng)的需要，設(shè)計(jì)了一種連續(xù)逆F類寬帶高效率功率放大器。選取了滿足連續(xù)逆F類工作模式的基波和諧波阻抗，通過具有低通特性的階躍阻抗匹配電路使諧波負(fù)載阻抗分布在一個(gè)特定的連續(xù)區(qū)域內(nèi)，從而避免了傳統(tǒng)F類/逆F類放大器需要精確控制諧波阻抗而只能工作在窄帶的問題，研制了相對(duì)工作

6、帶寬超過50％，飽和效率超過64％的2-3.5GHz頻段寬帶高效率功率放大器。在工作帶寬內(nèi)，采用100MHz寬帶調(diào)制信號(hào)激勵(lì)并進(jìn)行線性化，實(shí)現(xiàn)了約-48dBc的ACLR和高于34％的效率。
　　4.為了在大功率回退下實(shí)現(xiàn)更高效率，將連續(xù)逆F類工作模式與Doherty放大器相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種基于連續(xù)逆F類的寬帶高效率Doherty功率放大器。為了實(shí)現(xiàn)寬帶工作，對(duì)Doherty放大器帶寬受限的因素進(jìn)行了分析，提出了一種通過簡(jiǎn)化輸出匹配

7、和負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)來擴(kuò)展Doherty放大器帶寬的方法。同時(shí)，在載波和峰值放大器中采用不同的漏極偏置電壓來增強(qiáng)Doherty的負(fù)載調(diào)制。在保證6dB功率回退效率超過50％的情況下，采用該方法設(shè)計(jì)的2.3-2.8GHz頻段連續(xù)逆F類Doherty功率放大器可實(shí)現(xiàn)近20％的相對(duì)工作帶寬。對(duì)于100MHz寬帶調(diào)制信號(hào)，所設(shè)計(jì)的功率放大器在9dB功率回退時(shí)的效率接近50％，線性化后ACLR約為-48dBc。相比較傳統(tǒng)的Doherty放大器，該方法設(shè)