高效率高线性度射频功率放大器的研究与设计

摘要

随着TD-LTE（时分双工-长期演进）系统开始试用，我国的4G通信网络建设正在如火如荼地展开。射频模块作为通信系统的必不可少的组成部分，对系统的整体性能有决定性影响。基于以上应用背景，本文设计了一种工作在TD-LTE频段的高效率高线性度功率放大器。
　　TD-LTE系统区别于3G系统的最关键技术就在于采用了OFDM（正交频分复用）来取代CDMA(码分多址)作为多址接入的方式。OFDM相对于CDMA有频谱利用率高、抗衰落性好等优点，然而OFDM信号本身的高PAPR(功率峰均比)以及对子载波精度的要求，对其相应的功放设计提出了挑战：高PAPA值意味着放大器输入信号功率变化很大，放大器处于低效率状态；而对子载波的高频率精度，又要求放大器的必须有高线性度。
　　终端设备与基站对系统耗电量的限制，使得效率成为射频模块中功率消耗最大的射频功放的重要指标；而频谱资源的日益稀缺对射频器件的线性化提出了日益严格的要求。为了提高放大器效率，在不增加功放设计成本的前提下，本文设计了一种工作在F类的放大器，其效率最大可达70％以上。由于F类放大器在信号输入周期的部分时间处于饱和状态，故其输出必然产生非线性失真，从而导致频谱扩展以及对相邻信道的干扰。为了降低失真尤其是三阶交调，并且降低邻信号功率比(ACPR)，本文采用了预失真技术对所设计的放大器做了线性化处理，使其的线性度有明显提高。
　　本文主要内容为：
　　第一章介绍了移动通信系统的发展历程，以及现阶段的调制-解调和多址接入技术对功放设计的要求；
　　第二章介绍了放大器设计中所采用的匹配技术及线性化技术；
　　第三章分析了工作在各个状态的放大器的工作原理，并推导了其相应的效率；
　　第四章根据前三章的理论，设计了工作在F类的功率放大器；
　　第五章采用预失真技术对功放进行了线性化处理；
　　第六章总结了本文的主要工作与不足之处，并提出了下一步的工作。

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第一章 绪论

1.1 移动通信发展现状

1.2 TD-LTE系统的关键技术简介

1.3 无线通信系统中的射频功放研究现状

第二章 放大器的匹配技术与线性化

2.1 功率放大器的匹配技术

2.2 功率放大器的非线性失真

2.3 放大器的线性化技术

第三章 放大器的效率及工作类型

3.1 放大器的效率

3.2 放大器的工作类型

3.3 电流源放大器

3.3 开关类放大器

第四章 F类放大器的设计

4.1 晶体管的选取

4.2放大器的设计过程

4.3 F类放大器仿真结果

第五章 预失真线性化处理

5.1 功分器的设计

5.2 谐波发生器的设计

5.3 预失真器的仿真结果

第六章 总结

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果