無線通信發(fā)射機(jī)效率提升技術(shù)研究.pdf

1、在現(xiàn)代及下一代民用商業(yè)通信系統(tǒng)中，無線移動通信網(wǎng)絡(luò)正朝著多樣化服務(wù)發(fā)展。作為無線通信網(wǎng)中的核心部件，射頻發(fā)射機(jī)也應(yīng)當(dāng)提高工作性能與靈活度以適應(yīng)細(xì)分化的應(yīng)用場景。針對上述需求，本文分別研究和改善了各應(yīng)用場景下發(fā)射機(jī)的工作性能。作為無線通信系統(tǒng)的兩個(gè)主要組成部分，基站及用戶移動終端的發(fā)射機(jī)均被列為本論文研究對象。本文具體研究內(nèi)容可分為三個(gè)部分：基站發(fā)射機(jī)中功率放大器線性度的分析和改進(jìn)；基站發(fā)射機(jī)中寬帶和多帶功率放大器設(shè)計(jì)方法研究及移動終端全

2、數(shù)字高效率Outphasing發(fā)射機(jī)的研究。
　　本文工作的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1、基于晶體管的等效非線性模型，本文分析并仿真驗(yàn)證了功率放大器中各諧波阻抗以及偏置條件對其線性度的影響。本文還在連續(xù) F類功放設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上做了拓展，得出了高效率功率放大器的諧波阻抗條件，結(jié)合諧波對線性度影響的分析，提出了通過諧波阻抗調(diào)諧實(shí)現(xiàn)高效率線性功率放大器的方案。并通過分析、仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了該方案的可行性；
　　2、針

3、對寬頻段內(nèi)，個(gè)別晶體管負(fù)載牽引所得基波最優(yōu)阻抗分散的問題，分析和對比了現(xiàn)有寬帶功率放大器的設(shè)計(jì)方案。并在J類功率放大器基礎(chǔ)上，提出了一般J類功放的阻抗匹配理論，引入更廣的設(shè)計(jì)空間的同時(shí)保證工作效率，并能以低復(fù)雜度的匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)寬帶功率放大器設(shè)計(jì)；
　　3、討論了多帶應(yīng)用下對功放的性能需求，并分析對比了一般匹配網(wǎng)絡(luò)在多帶功放應(yīng)用中的帶間抑制性能。基于以上分析提出了一種三帶匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并通過ABCD傳輸矩陣給出該結(jié)構(gòu)各模塊設(shè)計(jì)參數(shù)的

4、計(jì)算方法。該匹配網(wǎng)絡(luò)基于單傳輸線的頻率選擇特性，利用等效四分之一波長線的阻抗變換網(wǎng)絡(luò)完成三帶阻抗匹配，在工作頻帶內(nèi)匹配的同時(shí)能有效的抑制帶外功率；
　　4、提出了一種硅基全數(shù)字Outphasing發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)采用可變功放輸出幅度的結(jié)構(gòu)，結(jié)合Chireix補(bǔ)償，降低了功率放大器等效負(fù)載阻抗變化范圍，提高功率合成效率的同時(shí)避免了有損基底在輸出功率回退區(qū)域內(nèi)對合成效率的影響。該結(jié)構(gòu)在低功率區(qū)減少了數(shù)字功放所需驅(qū)動邏輯門數(shù)量，也有效

5、提高了Outphasing發(fā)射機(jī)在回退區(qū)域的系統(tǒng)工作效率。此外，可調(diào)輸出信號幅度的引入，減輕了數(shù)字Outphasing發(fā)射機(jī)輸入調(diào)相信號帶寬的擴(kuò)展程度，并提高了對Outphasing發(fā)射機(jī)幅度相位不平衡等非理想因素的容限；
　　5、針對Outphasing發(fā)射機(jī)所需功率放大器的工作特性，本文基于E類功率放大器的基本結(jié)構(gòu)，通過添加回退區(qū)的漏源電壓邊界條件，分析并計(jì)算得出一般E類功率放大器在負(fù)載阻抗變化時(shí)保持高效率工作狀態(tài)的設(shè)計(jì)需求，

6、并將其轉(zhuǎn)化為差分結(jié)構(gòu)應(yīng)用于數(shù)字Outphasing發(fā)射機(jī)中。
　　本文的其他內(nèi)容還有：
　　1、分析了硅基Outphasing發(fā)射機(jī)中功率合成變壓器中初級電感間互耦效應(yīng)對Outphasing發(fā)射機(jī)的影響。通過等效建模、計(jì)算及仿真表明變壓器初級電感間的互耦現(xiàn)象將降低功放等效阻抗的實(shí)部虛部比，進(jìn)而影響發(fā)射機(jī)工作效率；
　　2、組建了基于全數(shù)字Outphasing發(fā)射機(jī)的測試系統(tǒng)，并在系統(tǒng)層面對數(shù)字Outphasing發(fā)射機(jī)