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作者：张明杭州电子科技大学

学位级别：硕士

自从1980s手机亮相之后,无线通讯技术一直不断发展,大大改变了人类的交流方式。功率放大器(PA:Power Amplifier)作为发射机中功耗最高的部件,如何提高功率放大器的效率与带宽一直是国内外各大研究机构与学者的研究热点。4G与未来的5G通... 详细信息

自从1980s手机亮相之后,无线通讯技术一直不断发展,大大改变了人类的交流方式。功率放大器(PA:Power Amplifier)作为发射机中功耗最高的部件,如何提高功率放大器的效率与带宽一直是国内外各大研究机构与学者的研究热点。4G与未来的5G通信系统要求各组件进行多模多频工作,尤其是基站中的Doherty功率放大器,更需要进行宽带宽工作。作者针对Class-J功率放大器与Doherty功率放大器进行深入研究,论文主要内容和创新点为:第一,根据Class-J功率放大器基本理论,基于Ga N功放管模型,在输出匹配网络中采用紧凑型的结构,放大器输出端采用开路扇形微带传输线代替并联电容,以补偿晶体管寄生电容Cds,输入匹配电路采用多级低通匹配网络进行最大增益匹配。通过实验设计1.0-3.0GHz的Class-J功率放大器进行验证,在其频带内峰值效率为55-66%,峰值输出功率在40-42.6d Bm之间,增益大于10d B,相邻信道功率比(ACPR:ACPR:Adjacent Channel Power Ratio)为-24.1d Bc至-32.4d Bc之间,相对带宽100%。第二,着重于如何拓宽Doherty功率放大器的频率覆盖范围。首先讨论Doherty功率放大器的频率响应及频率覆盖范围问题,针对负载调制网络及offset线这两种约束Doherty功率放大器频率覆盖范围的因素,提出两种改进型的宽带Doherty结构。通过降低λ/4传输线阻抗变换比及缩短offset线长度,扩展Doherty功率放大器的频率覆盖范围,并通过实验进行验证。其中一款工作在1.5-2.3GHz,峰值输出功率为42.66-44.39d Bm,峰值效率为52-66%,功率回退6d B效率为46-50%,相对带宽42.1%;另一款Doherty功率放大器工作在1.45-2.45GHz,峰值输出功率为43.81-45.43d Bm,峰值效率为53-63%,功率回退6d B效率为40-56%,相对带宽51%。第三,通过研究发现,对Doherty功率放大器进行理论分析时,通常假设功放管输出端不存在寄生参数,等效为理想的电流源。然而实际中功放管的输出端,由于功放管工艺问题、金线及封装管壳等因素而具有不可忽略的寄生电感和寄生电容。针对实际中的功放管,本章提出两种新型设计方法,通过将载波与峰值两支路输出端电路的总电长度设计为固定电长度从而实现良好的负载调制。采用Ga N HEMT功放管实现两款Doherty功率放大器进行理论验证。其中一款工作频段是1.9-2.4GHz,频带的峰值输出功率是44.2-45d Bm,峰值效率是63-71%,回退6d B平均功率处效率高于51%,且线性度良好;另一款是1.45-2.35GHz的宽频率覆盖范围Three-device Doherty功率放大器,在其频率覆盖范围内,峰值输出功率为44.3-46.8d Bm,峰值效率为58-70%,饱和增益大于8d B,功率回退9d B效率为40-54%,相对带宽46%。本文提出了紧凑型Class-J功率放大器和多种宽频率覆盖范围Doherty功率放大器方案。此外,针对高峰均比的调制信号,本文在展望中提出并设计了一款增大视频带宽(vbw:VideoBandwidth)的5G频段Doherty功率放大器,为未来通信系统中宽调制带宽Doherty功率放大器的开发提供一些借鉴。

关键词： Class-J功率放大器 Doherty功率放大器宽带效率 vbw

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