改进型三路Doherty高效率功率放大器研究

摘要

随着新一代的移动通信系统(LTE,WIMAX)的迅猛发展，很多新的调制技术如正交幅度调制（QAM），正交相移键控（QPSK），正交频分复用（OFDM）等均为变包络的调制方式。这些调制方式产生的调制信号具有很高的功率峰均比（PAR），要求发射机在更大的动态范围内保持比较高的线性度。为了满足系统线性度的要求，功率放大器需要工作在功率回退状态,效率较低。功率放大器作为发射机最大的耗能元件，其效率的高低直接决定了系统的运行成本，因此，必须在保证系统线性度的前提下，尽可能高的提高功率放大器的效率。目前，Doherty功放技术由于结构简单，设计成本低等优势，成为广泛应用的效率增强技术。但是，经典Doherty功放由于功率回退范围较低，已经逐渐不能适应高峰均比调制信号的要求。为了在功率回退更大范围内提高功率放大器的效率，本文将研究设计用于TD-LTE频段的改进型三路Doherty功率放大器结构。
　　本文首先介绍了功率放大器主要基本指标；分别对传统两路Doherty功率放大器，传统三路Doherty功率放大器和改进型三路Doherty功率放大器的效率和设计原理作了详细的分析。然后选用NXP公司的峰值功率分别为45W和75W的功率管模型，使用微波电路仿真软件 ADS仿真设计各种结构Doherty功率放大器，通过仿真结果对比不同结构Doherty功率放大器在效率和线性度上的优劣，确立使用改进三路Doherty功率放大器结构。设计出Lim-Eom三路等功率分配器，完成改进型三路Doherty放大器实际电路实现。改进型三路Doherty放大器工作在TD-LTE频段（2570MHz-2620MHz），采用峰值输出功率为75W的三个相同功率管实现。最后完成改进型三路Doherty功率放大器电路系统的版图设计和加工，包括推动级放大器，单管功率放大器，Lim-Eom三路功分器电路，末级改进型三路Doherty功放。
　　最后对推动级放大器，单管功率放大器，Li-Eom三路功率分配器各个模块分别了测试和分析，性能良好，达到设计要求；完成整个放大器改进型三路Doherty功率放大器系统测试和结果分析：峰值输出功率为53.4dBm，在功率回退9.5dB处，功率附加效率PAE大于45％，三阶交调系数IMD3<-25dBc,测试结果和仿真结果保持一致，主要性能指标达到设计预期。

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第一章 绪论

1.1 高效率Doherty功率放大器的应用价值和意义

1.2 国内外研究动态

1.3 本课题主要研究工作内容

第二章 Doherty功率放大器的基本设计理论分析

2.1 功率放大器的性能指标定义

2.2 经典两路Doherty功放的设计原理分析

2.3 经典三路Doherty功放设计原理分析

2.4 改进型三路Doherty功放设计原理分析

2.5 本章小结

第三章 改进型三路Doherty功率放大器系统方案设计

3.1 Doherty功率放大器系统总体方案设计

3.2 放大器系统方案指标和模块指标

3.3功放系统器件的选型

第四章 改进型三路Doherty功率放大器的仿真设计和实现

4.1驱动级放大器的仿真设计

4.2单管放大器的仿真设计

4.3 Doherty功率放大器的主放大器和峰值放大器设计

4.4经典两路Doherty功率放大器的设计与仿真

4.5 经典三路Doherty功率放大器的设计和仿真

4.6 改进型三路Doherty功率放大器的设计和仿真

4.7改进型三路Doherty功率放大器实际电路实现

第五章 改进型三路Doherty功率放大器实物测试

5.1 测试仪器和系统测试方案的介绍

5.2 驱动级放大器测试和结果分析

5.3 Lim-Eom三路功率分配器测试和结果分析

5.4 BLF6G27-75单管功率放大器测试和结果分析

5.5 改进型三路Doherty功率放大器整体测试和结果分析

5.6 结论分析和后续改进

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果