高效率Doherty射频功率放大器的研究与设计

论文摘要

随着微波通信技术的发展,通信系统对终端器件的要求也变得越来越苛刻。射频功率放大器作为微波通信系统终端的主要器件,消耗了发射机大部分功率,其性能的好坏直接影响着整个通信系统的正常运行。在现阶段高峰均比(PAR)条件下,为了线性、无失真的放大信号,基站的功率放大器常常工作在A类或AB类。通常采用功率回退的方法,通过牺牲功率放大器的效率来换取线性指标,这使得功率放大器的工作效率很低,绝大部分能量耗散了。所以,在保持信号线性度和高峰均比传输的应用条件下,如何提高射频功率放大器的效率成为了当今无线通信技术研究的焦点。本文在高效率的功率放大器设计方面做了大量的工作。本文首先分析了功率放大器的关键技术指标,对各项指标的意义做出了充分说明和解释,并介绍了功率放大器的技术分类,对功放的设计有了初步了解。随后详细分析了Doherty功放的电路结构和工作原理。通过对关键技术有源负载牵引的介绍,分别从低功率、中功率、高功率状态对Doherty功放的工作过程加以剖析,并得出主功放和辅助功放输出阻抗,输出电流和输出功率的变化过程。再又分析了Doherty功放在应用中的优势和不足。其次,对高效率Doherty功放进行了整体的仿真优化设计。论文在探讨了Doherty功放偏置电路设计、稳定性测试、负载牵引、匹配电路设计等关键技术基础上,联合双补偿线方法,优化仿真了一个高效率的Doherty功率放大器。仿真设计的宽带、高增益Doherty功放的效率达40%以上,且增益平坦度小于1dB,1dB压缩输出功率大于50dBm。与AB类功放比较,本文设计的Doherty功放的效率有了明显的改善。最后,制作和测试所设计的Doherty功放。先对Doherty功放进行PCB排板布线设计,加工焊接后进行系统调测,测试结果接近设计指标,达到了本文的设计目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 高效率功率放大器的研究目的和意义
• 1.2 Doherty功率放大器的研究现状及进展
• 1.3 论文结构和内容安排
• 第二章 功率放大器的技术分析
• 2.1 功率放大器的关键技术指标
• 2.1.1 增益（Gain）
• 2.1.2 增益平坦度（ΔGain）
• 2.1.3 效率
• 2.1.4 稳定性
• 2.1.5 电压驻波比（VSWR）
• 2.1.6 非线性
• 2.2 单管功放技术分类
• 2.3 高效率功放技术
• 2.3.1 LINC技术
• 2.3.2 包络分离与恢复（EER）
• 2.3.3 自适应偏置技术
• 2.3.4 Doherty技术
• 第三章 Doherty功率放大器的理论分析
• 3.1 Doherty功放的介绍
• 3.2 Doherty功放的工作原理分析及实现
• 3.2.1 有源负载牵引理论
• 3.2.2 Doherty功放的功率分析
• 3.2.3 Doherty功放的负载阻抗分析
• 3.3 Doherty功放的优势和不足
• 3.4 本章小结
• 第四章 Doherty功放的仿真与设计
• 4.1 器件选择
• 4.2 DC仿真及稳定性测试
• 4.2.1 DC仿真及偏置点的选择
• 4.2.2 稳定性测试
• 4.3 输入输出匹配电路的设计
• 4.3.1 负载牵引（Load Pull）
• 4.3.2 匹配电路的设计
• 4.4 单管功放的仿真
• 4.5 Doherty功放电路的设计与仿真
• 4.5.1 补偿线理论
• 4.5.2 Doherty功放的仿真
• 4.6 本章小结
• 第五章 Doherty功放的制作与测试
• 5.1 介质板及元器件介绍
• 5.2 Doherty功放的制作
• 5.3 Doherty功放的测试
• 5.3.1 测试平台介绍
• 5.3.2 测试结果
• 5.4 Doherty功放的测试误差探讨
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 今后的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 论文发表与参加科研情况