无线通信发射机效率提升技术研究

无线通信发射机效率提升技术研究

在现代及下一代民用商业通信系统中,无线移动通信网络正朝着

多样化服务发展。作为无线通信网中的核心部件,射频发射机也应当

提高工作性能与灵活度以适应细分化的应用场景。针对上述需求,本

文分别研究和改善了各应用场景下发射机的工作性能。作为无线通信系统的两个主要组成部分,基站及用户移动终端的发射机均被列为本

论文研究对象。本文具体研究内容可分为三个部分:基站发射机中功

率放大器线性度的分析和改进;基站发射机中宽带和多带功率放大器

设计方法研究及移动终端全数字高效率Outphasing发射机的研究。

本文工作的主要内容和创新点如下:1、基于晶体管的等效非线性模型,本文分析并仿真验证了功率放大器中各谐波阻抗以及偏置条件对其

线性度的影响。本文还在连续F类功放设计原理的基础上做了拓展,

得出了高效率功率放大器的谐波阻抗条件,结合谐波对线性度影响的

分析,提出了通过谐波阻抗调谐实现高效率线性功率放大器的方案。

并通过分析、仿真与实验验证,证明了该方案的可行性;2、针对宽频

段内,个别晶体管负载牵引所得基波最优阻抗分散的问题,分析和对

比了现有宽带功率放大器的设计方案。并在J类功率放大器基础上,

提出了一般J类功放的阻抗匹配理论,引入更广的设计空间的同时保

证工作效率,并能以低复杂度的匹配网络实现宽带功率放大器设计;3、讨论了多带应用下对功放的性能需求,并分析对比了一般匹配网络在

多带功放应用中的带间抑制性能。基于以上分析提出了一种三带匹配网络结构,并通过ABCD传输矩阵给出该结构各模块设计参数的计算

方法。该匹配网络基于单传输线的频率选择特性,利用等效四分之一波长线的阻抗变换网络完成三带阻抗匹配,在工作频带内匹配的同时能有效的抑制带外功率;4、提出了一种硅基全数字Outphasing发射机结构。该结构采用可变功放输出幅度的结构,结合Chireix补偿,降低了功率放大器等效负载阻抗变化范围,提高功率合成效率的同时避免了有损基底在输出功率回退区域内对合成效率的影响。该结构在低功率区减少了数字功放所需驱动逻辑门数量,也有效提高了Outphasing发射机在回退区域的系统工作效率。此外,可调输出信号幅度的引入,减轻了数字Outphasing发射机输入调相信号带宽的扩展程度,并提高了对Outphasing发射机幅度相位不平衡等非理想因素的容限;5、针对Outphasing发射机所需功率放大器的工作特性,本文基于E类功率放大器的基本结构,通过添加回退区的漏源电压边界条件,分析并计算得出一般E类功率放大器在负载阻抗变化时保持高效率工作状态的设计需求,并将其转化为差分结构应用于数字Outphasing发射机中。本文的其他内容还有:1、分析了硅基Outphasing发射机中功率合成变压器中初级电感间互耦效应对Outphasing发射机的影响。通过等效建模、计算及仿真表明变压器初级电感间的互耦现象将降低功放等效阻抗的实部虚部比,进而影响发射机工作效率;2、组建了基于全数字Outphasing发射机的测试系统,并在系统层面对数字Outphasing发射机的输入信号做了相应处理和优化,以确保测试系统能保障数字Outphasing发射机达到其最高性能。通过连续正弦波与调制信号测试,验证了本文所提数字

Outphasing发射机对回退效率的提升和对高速上行信道的支持。