毫米波功率放大器效率优化

论文摘要

功放效率和线性度是功率放大器的重要指标，但是这二者在一定程度是往往是矛盾的。如何在保证线性的前提下，提高功放的效率已成为业界的研究热点问题。通过查阅大量文献资料，本文对提高功率放大器效率的各种方法进行了详细综述，其中包括包络跟踪ET、包络分离与恢复EER、非线性元件的线性放大LINC、Doherty、谐波控制、谐波注入、可调负载匹配网络等技术。基于芯片设计中的Stacked-FET的思想，本文提出一种新的毫米波发射机功率放大器构架。对功率放大器模块采用串联馈电的形式，以提高发射机整机供电电压，使其能直接与高电压供电环境相匹配。从而省去电源变换时的功率损耗，提高发射机整机效率。本文对该串联迭堆式偏置的功放进行了实物研制，最终在26到30GHz实现饱和输出功率大于41.8dBm，功放其漏极供电电压高达+24V。该构架的发射机整机效率为11%左右，相比于传统并联构架效率高出近3个百分点。考虑到毫米波频段输出功率弥足珍贵，发射机整机效率普遍低于10%，该新构架具有很强的工程应用价值。Doherty技术结合数字预失真，凭借其优异的性能，已成为目前解决基站发射机高效率、高线性度的主流方案。本文针对WCDMA上行频段，利用ADS的Momentum和原理图协同仿真设计了一款Doherty功放。在功率回退6dB范围内，实现功率附加效率44.7%以上，高出相应AB类功放个18百分点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 功率放大器的发展及其特点
• 1.2 本课题的研究意义
• 1.3 本课题的国内外研究动态
• 1.4 本论文的主要工作
• 第二章 功率放大器相关技术指标以及效率提高技术
• 2.1 功率放大器的主要技术指标
• 2.2 功率放大器效率与线性度分析
• 2.3 功率放大器效率提高技术
• 2.3.1 包络跟踪技术（Envelope Tracking）
• 2.3.2 包络分离与恢复技术（Envelope Elimination and Restoration）
• 2.3.3 非线性元件的线性放大技术（LINC）
• 2.3.4 谐波控制技术（Harmonic Control）
• 2.3.5 谐波注入技术（Harmonic Injection）
• 2.3.6 可调负载匹配网络技术（Tunable Matching Network）
• 2.3.7 Doherty 技术
• 第三章 功率放大器效率优化方案研究
• 3.1 毫米波串联迭堆式偏置高效率功率放大器方案
• 3.2 通信频段 DOHERTY 功率放大器方案
• 第四章 毫米波串联迭堆式偏置功率放大器的设计
• 4.1 单芯片功率放大器模块
• 4.1.1 功放芯片的选择
• 4.1.2 直流偏置电路
• 4.1.3 负压保护电路
• 4.1.4 腔体设计
• 4.1.5 波导-微带探针过渡
• 4.1.6 电路装配
• 4.2 功率合成/分配网络
• 4.3 腔体绝缘与防辐射设计
• 4.4 过压保护电路
• 4.5 系统测试及结果分析
• 第五章 WCDMA 上行频段 DOHERTY 功率放大器的设计
• 5.1 DOHERTY 功放设计指标
• 5.2 功放管和板材的选择
• 5.3 静态工作点的确定
• 5.4 稳定性分析
• 5.5 源和负载阻抗的确定
• 5.6 功放单管的仿真
• 5.6.1 主功放的仿真
• 5.6.2 辅助功放的仿真
• 5.7 DOHERTY 功放整体仿真
• 第六章 总结及工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果