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，對整個系統(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都會產生重要的影響。為了滿足高達1Gbps數(shù)據(jù)速率的要求，LTE-Advanced系統(tǒng)采用了載波聚合技術和OFDM調制方式，導致信號帶寬增加至100MHz，信號峰均比提高至9dB以上，對功率放大器的瞬時帶寬和效率指標等性能提出了嚴重挑戰(zhàn)。因此，高效率寬帶線性功率放大器的研究成為了當今無線通信領域研究的熱點之一。本文針對功率放大器

2、大范圍回退時的效率、瞬時帶寬以及線性度等要求，在國家科技重大專項課題“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Doherty功率放大器在寬帶工作時峰值放大器飽和功率偏低和增益不平坦所帶來的影響進行了理論分析。為了解決由此引起的帶內負載調制不充分以及效率、功率不一致等問題，提出了一種增強寬帶內Doherty放大器負載調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、器選擇高功率的負載阻抗，適當提高其柵極偏置電壓以及優(yōu)化其輸入匹配網絡。在100MHz寬帶調制信號激勵下，采用該方法設計的2.5-2.6GHz頻段Doherty功率放大器在9dB功率回退時效率達到40％。利用寬帶數(shù)字預失真系統(tǒng)對功率放大器進行線性化，ACLR改善至約-48dBc。仿真和測試結果驗證了所提方法的有效性。
　　2.為了進一步提高寬帶調制信號激勵時Doherty放大器的效率和線性度，對Doherty放大器的負載調制網絡進行

4、了分析，提出了一種改進的負載調制網絡及相應的載波和峰值放大器負載阻抗的選取方法。通過計算峰值和載波放大器的功率比和電流比，對負載調制網絡中的傳輸線特性阻抗進行改進，使峰值放大器實現(xiàn)完全的負載調制，保證其能夠輸出最大功率。同時，通過使載波放大器在低功率狀態(tài)時具有高于2Z0的負載阻抗，實現(xiàn)了更高的回退效率。采用此方法設計的3.4-3.5GHz頻段Doherty功率放大器，在100MHz寬帶調制信號激勵下，測試的9dB功率回退效率超過40％，

5、線性化后ACLR低于-48dBc。仿真和實驗結果表明，與傳統(tǒng)Doherty放大器相比，該方法設計的功率放大器在大功率回退時實現(xiàn)了更高的效率。
　　3.針對寬頻帶無線通信系統(tǒng)的需要，設計了一種連續(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載阻抗分布在一個特定的連續(xù)區(qū)域內，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，采用100MHz寬帶調制信號激勵并進行線性化，實現(xiàn)了約-48dBc的ACLR和高于34％的效率。
　　4.為了在大功率回退下實現(xiàn)更高效率，將連續(xù)逆F類工作模式與Doherty放大器相結合，設計了一種基于連續(xù)逆F類的寬帶高效率Doherty功率放大器。為了實現(xiàn)寬帶工作，對Doherty放大器帶寬受限的因素進行了分析，提出了一種通過簡化輸出匹配

7、和負載調制網絡來擴展Doherty放大器帶寬的方法。同時，在載波和峰值放大器中采用不同的漏極偏置電壓來增強Doherty的負載調制。在保證6dB功率回退效率超過50％的情況下，采用該方法設計的2.3-2.8GHz頻段連續(xù)逆F類Doherty功率放大器可實現(xiàn)近20％的相對工作帶寬。對于100MHz寬帶調制信號，所設計的功率放大器在9dB功率回退時的效率接近50％，線性化后ACLR約為-48dBc。相比較傳統(tǒng)的Doherty放大器，該方法設