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为了满足高速率数据和多媒体业务迅速增长的需求,现代移动通信系统在拓展信号带宽的同时采用了频谱效率更高的调制方式。这样,无线信道中传输的信号就具有宽带和高峰均比的特性。另一方面,随着信道数量的增加,系统对邻道干扰的要求也在不断提高。此外,由于各种无线通信系统不断涌现,电磁兼容问题变得越来越严重,因此对射频发射信号的带外杂散也提出了越来越高的要求。所有这一切都对发射链路的线性度和带外抑制度提出了严峻挑战。影响发射链路线性度的主要部件是射频功率放大器,而带外杂散的抑制往往是通过滤波器实现。本文针对现代无线通信系统的要求,主要研究了高功率射频功率放大器的宽频带线性化技术和抑制带外杂散的宽阻带带通滤波器。论文的主要工作如下:
⑴高功率前馈线性化功率放大器的性能取决于环路的幅度、相位及延时的匹配精度,其中时延的失配是影响线性化带宽的决定性因素。针对误差抵消环宽频带内时延波动对系统性能的影响,从理论角度分析了误差抵消环时延波动产生的原因,提出了时延波动与电路参数的定量关系,利用电路仿真验证了理论计算的正确性。在此基础上,提出了增加隔离单元减少时延波动的方法。仿真和实验结果表明该方法可以在100MHz范围内将时延波动降低到原来的十分之一,从而为功率放大器宽频带线性化技术奠定了基础。
⑵针对自适应前馈线性化系统中的误差检测问题,提出了双边带导频注入的方法,在宽频带中有效地兼顾了上下边带的互调分量。在此基础上,提出了正交解调的双边带导频检测方法,从理论上验证了该方法相对于普通的下变频而言检波幅度不受双边带导频的相差和频差影响。实验结果表明,采用该方法可以有效检测相对-65dBc以下的互调分量。
⑶应用前述方法,针对第三代移动通信中的W-CDMA系统,设计并实现了包括大功率射频功放和前馈环路在内的前馈功放系统、双边带导频产生及检测电路、自适应控制算法和硬件电路。整机测试表明,在输出功率为40dBm时,对于频率间隔为20MHz的双音信号,互调改善度为27dB。对于高峰均比的四载波W-CDMA信号,邻道泄露(ACLR)指标的改善度达17dB以上。
⑷针对实际应用中CDMA功放输出功率范围较大,低输出功率时效率低的情况,在研究预失真器非线性特性的基础上,提出了根据输出功率联合调整功放偏置电压和预失真器控制电压的方法。实验结果表明,该方法可以在满足协议指标要求的基础上,改善线性指标并提高效率。在此基础上设计并实现了输出功率为42dBm的cdma2000功放,互调改善大于10dB,单载波ACPR性能改善5~7dB。针对反向并联二极管预失真器中主信号对消的问题,给出了残余主信号与电路参数的关系式并指导设计,验证了端口反射系数与主信号对消的关系。在此基础上设计并实现了输出功率为41dBm的W-CDMA功放,互调改善大于10dB,双载波ACPR性能改善5~7dB。所有功放指标满足标准要求。
⑸针对宽频带大功率应用场合功放的记忆效应,提出了采用在漏极加载低阻终端并结合最佳电流偏置的方法降低射频功放的记忆效应。在此基础上,设计并制作了3.5GHz,峰值功率为40dBm的射频功率放大器,根据实验数据采用记忆多项式和人工神经网络对该放大器进行了行为级建模。实验结果表明对于所设计的低记忆功放,简单的模型就可以获得很高的建模精度,从而验证了方法的有效性。此外,针对多载波信号输入条件下功放行为级模型记忆长度的预测问题,提出了选用最佳时延并结合Cao方法估计功放记忆长度。实验结果验证了该方法的准确性。
⑹针对带外杂散的抑制,研究了宽阻带带通滤波器。针对微带双膜滤波器中二次谐波的不利影响,从增加耦合度和改善谐波抑制度的角度出发,提出了一种新型的滤波器耦合结构。实验结果表明,该结构具有紧耦合和抑制二次谐波的特性,通带内插入损耗为0.92dB,二次谐波抑制度在45dB以上。将所设计的单环双模滤波器进行级联,可以进一步改善滤波器的频率选择性和阻带特性。针对级联双膜滤波器中的杂散响应,提出了通过调整两个单环滤波器的零点位置抵消各个杂散响应的方法。实验结果表明,应用该方法可以在得到陡峭的过渡带的同时,在宽频带内保持良好的杂散抑制特性。