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S波段Doherty高效率功率放大器的研究

作　者: 周海涛
导　师: 羊恺
学　校: 电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 功率放大器 Doherty 全功率匹配技术功率附加效率负载牵引
分类号: TN722.75
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

现代无线通信系统多采用的宽带码分多址(WCDMA)、CDMA-2000、正交频分复用(OFDM)等调制技术多为高速率和大范围变化且带有较高峰均比(PAR)的调制信号。这就对现代移动通信中的基站高功率放大器提出了高效率的要求,特别是在功率回退位置的高效率。但是,通常的功率放大器随着功率回退的加深,效率会迅速恶化。?为了解决这个问题,本文采用了Doherty功率放大器技术。另外,为了在功率回退更深的范围内提高功率放大器的效率,本文采用基于射频阻抗匹配实现的非对称Doherty功率放大器。在理论上,本文介绍了Doherty功率放大器的三种工作状态以及对应的效率计算,同时分析了Doherty功率放大器能够在功率回退点达到高效率的原因,并且较为详细的介绍了非对称放大器设计中采用全功率匹配技术和传输对消线阻抗设计。在实现上,本文对系统指标进行了简单分析,给出了选管依据,以输出功率分别为30W和50W的N沟道LDMOS管实现非对称结构,随后从单管放大器设计入手,对等分和非对称Doherty功率放大器进行仿真设计,其中特别针对全功率匹配和输出匹配设计给出较为详细的设计过程,最后制作了两个单管放大器和Doherty功率放大器系统的实物。本文给出了功率放大器的测试方案。最后的测试结果基本达到设计指标。其中,Doherty功率放大器在输出为40.5dBm时(功率回退8.5dB),达到效率大于30%。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-13
  1.1 包络恢复与重建技术  9-10
  1.2 包络跟踪  10-11
  1.3 Doherty 功率放大器系统  11
  1.4 Doherty 功率放大器的发展现状  11-13
第二章 Doherty 功率放大器的设计理论  13-36
  2.1 功放的分类  13-14
  2.2 功放的非线性特性  14-16
    2.2.1 功放的增益压缩特性  14-15
    2.2.2 功放的交调失真  15-16
  2.3 功放的指标  16-19
    2.3.1 功放的工作频带  16
    2.3.2 功放的效率  16-17
    2.3.3 功放的P1dB 压缩点  17
    2.3.4 功放的三阶截断点  17-18
    2.3.5 邻信道功率泄漏比  18-19
  2.4 传统Doherty 功率放大器的结构和原理  19-20
  2.5 Doherty 功率放大器的状态分析和效率计算  20-24
    2.5.1 传输线耦合器的基本原理  21
    2.5.2 Doherty 放大器的效率和状态  21-24
      2.5.2.1 峰值功率工作状态  21-22
      2.5.2.2 低功率工作状态  22-23
      2.5.2.3 中功率工作状态  23
      2.5.2.4 综合结果  23-24
  2.6 全功率匹配Doherty 功率放大器系统中的负载牵引技术  24-26
  2.7 非对称Doherty 功率放大器的设计原理  26-32
    2.7.1 载波放大器和峰值放大器的输出电流比  26-28
    2.7.2 不等功分输入的非对称Doherty 功率放大器的效率  28-32
  2.8 非对称Doherty 功率放大器的阻抗设计  32-36
第三章 Doherty 功率放大器系统指标和方案设计  36-40
  3.1 Doherty 功率放大器系统总体指标  36
  3.2 Doherty 功率放大器系统指标分解  36-37
  3.3 单管放大器的选取  37-39
    3.3.1 推动级放大器的选择  37-38
    3.3.2 非对称Doherty 功率放大器的单管选择  38-39
  3.4 Doherty 放大器系统方案设计  39-40
第四章 Doherty 功率放大器的设计与实现  40-58
  4.1 单管放大器的设计与实现  40-50
    4.1.1 采用MRF21030 仿真设计单管放大器  40-45
      4.1.1.1 MRF21030 静态工作点的确定  40-41
      4.1.1.2 MRF21030 的输入、输出负载阻抗的确定  41-43
      4.1.1.3 MRF21030 的输入、输出匹配网络的设计  43-44
      4.1.1.4 MRF21030 单管放大器仿真设计  44-45
    4.1.2 采用 MRF6S21050 仿真设计单管放大器  45-50
      4.1.2.1 对 MRF6S21050 静态工作点的确定  45-46
      4.1.2.2 MRF6S21050 的输入、输出负载阻抗的确定  46-48
      4.1.2.3 MRF6S21050 的输入、输出匹配网络的设计  48-49
      4.1.2.4 MRF6S21050 单管放大器仿真设计?  49-50
  4.2 等分Doherty 功率放大器的设计与实现  50-54
    4.2.1 全功率匹配负载牵引技术的设计与实现  50-53
      4.2.1.1 载波放大器的传输对消线(offset line)的设计  50-52
      4.2.1.2 峰值放大器的传输对消线(offset line)的设计  52-53
    4.2.2 等分Doherty 功率放大器的仿真设计  53-54
  4.3 非对称Doherty 功率放大器的设计与实现  54-58
    4.3.1 非对称Doherty 功率放大器负载阻抗设计  54-55
    4.3.2 非对称Doherty 功率放大器仿真设计  55-58
第五章 Doherty 功率放大器测试方案和结果  58-68
  5.1 测试仪器和测试方案的介绍  58-59
  5.2 推动级放大器的实物测试  59-60
  5.3 Doherty 功率放大器的实物测试  60-66
    5.3.1 功分器的实物测试  60-62
    5.3.2 单管放大器MRF2130 的实物测试  62-63
    5.3.3 单管放大器 MRF6S21050 实物测试  63-64
    5.3.4 Doherty 功率放大器的实物测试  64-65
    5.3.5 测试结果分析  65-66
  5.4 结论分析和后续改进  66-68
结论  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-72
攻硕期间取得的研究成果  72-73

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