宽带功率放大器的效率与线性化技术研究

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现代无线通信技术飞速进步,无论是信息的传输速率还是工作带宽,都在向着更快更宽的方向发展。而为了契合高信息容量的传输,调制方式愈来愈复杂,导致信号峰均比过高以及可利用频带短缺。综上,现代无线通信需要新型的发射机结构,而功率放大器在发射机中,起到决定性的作用,将影响整个发射系统的性能。对于功率放大器,它的带宽、效率和线性度又是相互影响、相互限制的指标。那么,基于宽带功率放大器,均衡线性度、效率等指标是科学研究的重要方向。针对以上科研需求,本文主要工作内容如下:首先,介绍了功率放大器的性能指标、类型和线性化技术等。传统的线性功放在饱和区和线性区很难保证线性度与效率的均衡,而基站常用的Doherty功率放大器基于有源负载牵引理论回退效率可以达到78.5%,故此对Doherty功率放大器进行深入分析研究。其次,针对限制Doherty功率放大器带宽的因素进行详细调研。在两点匹配法的理论支撑下,取消四分之一波长线,将负载阻抗调制点提前至信号合成网络之前。为避免寄生效应相移对宽带高阶输出匹配电路产生影响,采用低阶阻抗转换结构设计一款工作于1.8GHz—2.8GHz、相对带宽43%的对称结构Doherty功率放大器。在ADS软件中对整体电路进行直流分析、稳定性、小信号S参数、大信号谐波仿真及参数优化。并对实物进行加工,热学可行性仿真,调试完成后实现饱和输出功率44.9d Bm—46d Bm,饱和漏极效率53%—66%,回退漏极效率46%—57%,饱和增益大于8.1d B。结合数字预失真技术,在输出功率38d Bm、效率52%的情况下,对3载波、载波带宽20MHz、峰均比7.5d B的LTE信号放大后,ACLR指标满足-48d Bc,具备一定实际应用价值。最后,较于数字预失真,又对适用于高频宽带的模拟预失真技术进行研究。基于肖特基二极管的非线性特性出发,对比串联、并联、单二极管和反向并联二极管对等结构模拟预失真器的线性指标改善程度。最后设计了一款基于并联反向二极管对反射式结构的模拟预失真器,实现13.75GHz—14.5GHz频带内,增益扩张幅度最大达10d B,相位压缩幅度最大达32°。
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