射频功率放大器线性化和稳定性的分析与设计

论文摘要

射频功率放大器是现代无线通信、雷达、电子对抗等系统收发前端的关键组件之一,它的稳定工作是系统正常运行的必要条件,它的线性度直接影响非恒定包络调制系统的性能,所以射频功率放大器的线性化和稳定性始终是射频电子学研究的热点和难点。本论文研究了用于无线通信的射频功率放大器的线性化和稳定性,完成了以下工作:1)包络消除与恢复技术能同时提高射频功率放大器的效率和线性度,本文提出了一种新的分析其交调失真的方法,建立了交调失真随包络通道带宽和包络相位延时差变化的通用简化模型,该简化模型克服了Raab模型只能处理零延时差和无穷包络通道带宽这两个特例的局限性;采用本文模型得出的交调失真等高线图还可以帮助设计者快速准确地选择电路参数。2)针对包络消除与恢复结构的特点,提出了一种全新的在基带进行自适应调整延时的线性化方法,这种方法适用于宽带功率放大器的线性化,对于信号带宽为11MHz的IEEE 802.11b宽带无线通信系统,根据这种线性化方法设计的射频功率放大器,能有效达到系统谱罩要求。通过对环路模型的分析,可以得到延时补偿值与包络信号带宽、包络通道带宽等之间的关系。3)基于深亚微米CMOS工艺,运用系统辨识的方法分析了射频功率放大器在大信号模式下的稳定性问题,运用反馈网络,消除了射频功率放大器的的不稳定极点,进而消除了可能出现的分谐波振荡。4)使用0.18μm的CMOS工艺,分别设计了带稳定电路和不带稳定电路的功率放大器,根据测试结果,分析了深亚微米工艺下电路参数变化对整个功率放大器稳定性特别是对潜在的分谐波振荡的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 论文的研究背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 线性化
• 1.2.2 功率效率的增强
• 1.2.3 稳定性
• 1.3 论文的组织结构
• 1.4 论文的主要工作和创新点
• 第2章 射频功率放大器的线性化方法
• 2.1 射频功率放大器线性性能的度量方法
• 2.2 前馈线性化
• 2.3 负反馈线性化
• 2.3.1 笛卡儿负反馈
• 2.3.2 极坐标负反馈
• 2.3.3 其它负反馈线性化方法
• 2.4 包络消除与恢复线性化
• 2.5 使用非线性组件的线性放大方法
• 2.6 其它线性化方法
• 2.6.1 预失真技术
• 2.6.2 集成模拟锁定回路的通用调整器技术
• 2.7 小结
• 第3章 基于包络消除与恢复的线性性能分析
• 3.1 概述
• 3.2 Raab 模型与方法
• 3.2.1 双频输入信号
• 3.2.2 包络通道带宽对交调失真的影响
• 3.2.3 延时差对交调失真的影响
• 3.3 双频交调失真分析
• 3.3.1 模型分析
• 3.3.2 曲线拟合简化公式与等高线图
• 3.4 基于GSM/EDGE 信号的线性分析
• 3.5 小结
• 第4章 基于包络消除与恢复的宽带自适应延时方法
• 4.1 概述
• 4.2 传统的延时匹配方法
• 4.3 宽带自适应延时方法
• 4.3.1 系统结构
• 4.3.2 模块实现
• 4.3.3 仿真方法
• 4.3.4 环路模型的初步分析
• 4.4 滤波器对系统线性性能的影响
• 4.5 小结
• 第5章 射频功率放大器的稳定性设计
• 5.1 概述
• 5.2 大信号模式下的稳定性分析
• 5.3 系统辨识方法
• 5.3.1 理论基础
• 5.3.2 Matlab 系统辨识方法
• 5.4 基于0.18μm CMOS 工艺的射频功率放大器稳定性设计
• 5.4.1 稳定因子
• 5.4.2 不稳定极点
• 5.4.3 稳定反馈回路
• 5.5 电路性能
• 5.6 电路参数偏差对系统辨识结果的影响
• 5.7 小结
• 第6章 设计实例及测试结果分析
• 6.1 第一次流片测试结果及分析
• 6.2 第二次流片测试结果及分析
• 6.3 小结
• 第7章 结束语
• 7.1 工作总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果