寬帶高效率功率放大器與寬帶調制信號Doherty電路研究及線性化.pdf

1、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制技術在通信系統(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帶寬的調制信號，使得調制信號具有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計方法，并以此為基礎開展了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構，探索Doherty結構子電路設計方法為目的，改進了傳統(tǒng)的SRFT匹配算

3、法，通過掃描截止頻率fe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。依據它設計出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，仿真和測試結果表明改進的諧波控制SRFT算法具有優(yōu)異性能。相關研究成果已經在國際核心期刊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功放設計。采用低通濾波原型設計方法，研制的高效率可控雙模功率放大器在49％的工作帶寬內，實現(xiàn)了F-1類和J類兩種高效率模式的結合，且雙模間距可控，峰值效率可調節(jié)到1.9～2.0GHz和2.3～2.6GHz兩個通信頻段。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制信號對設計的功放進行測試，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-46.1 dBc。相關研究成果已經被IEEE Transactions onMicrowave Theory and Techniques接收，部分工作申請了專利。
　　3、對寬帶調制信號激

6、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電路設計方法。相比傳統(tǒng)功放結構，利用SRFT匹配技術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，漏極效率從38％～47％改善到

7、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。相關研究成果已在《微波學報》和20

8、15年的National Conference onMicrowave and Millimeter Waves會議上發(fā)表，并對其中部分內容申請了專利。
　　4、提出了一種基于SRFT雙優(yōu)化目標的寬帶高效率Doherty電路設計方法。從Doherty電路自身結構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)拓撲結構中offset-line和λ/4阻抗變換器對寬帶工作帶來的影響。基于改進的雙優(yōu)化目標SRFT

9、算法設計出工作在2.0～2.6GHz的Doherty功放，采用雙阻抗變換輸出網絡消去了傳統(tǒng)拓撲結構中的載波路offset-line和λ/4阻抗變換器，簡化了Doherty電路設計。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。實測結果表明，研制的Doherty功放在2.0～2.6GHz頻帶內具有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