E类与逆F类高效功率放大器及建模研究

• 作 者: 徐樱杰
• 机 构: 东南大学
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 功率放大器 建模技术 设计方法

为了提高功率放大器的效率，开关类高效率功率放大器受到了越来越广泛的关注，其中E类、F类以及逆F类功率放大器更成为研究热点，理想的效率可达到100％。然而，开关类功放实际工作效率受制于功率管的寄生参数，传统LDMOS晶体管具有较大的寄生参数，用它来设计很高效率的开关类功放具有一定难度。近年来，GaN HEMT管具有较小的寄生参数、较大的击穿电压和功率容量，成为设计高效率开关类功放的一种最佳器件。　　
现代无线通信系统，如WiMAX、LTE等中，调制信号的高峰均比迫使功放工作在较大回退功率点以满足线性度的要求，这将导致功放效率的急剧降低。为了兼顾效率和线性度，提出了一系列的解决方案，如数字预失真技术、LINC技术、极坐标发射机等。在数字预失真技术中，最为关键的就是功率放大器行为模型及其逆模型的建立、峰值因子降低等技术。　　
本文分析并设计了高效率E类、逆F类功率放大器，并对高效率功率放大器建模技术、数字预失真技术进行了研究。主要工作如下：　　
1．建立了带有漂移区效应的LDMOS晶体管电路模型，并利用此模型分析E类功率放大器的工作状态，最后设计的基于MRF21010的1GHzE类功率放大器验证了模型与分析。功放漏极效率达到70%以上。　　
2．研究了逆F类功率放大器的解析设计方法，并基于此方法设计了基于CGH40010 GaN HEMT的2.5-2.6GHz GaN逆F类功率放大器。功放带内最大漏极效率超过75%，最大功率附加效率超过73%。应用峰值因子降低和数字预失真技术对功放进行线性化，对于20MHz带宽的16-QAM OFDM调制信号，线性化后的功放在33.6dBm平均输出功率处，ACPR达到-48dBc以下，漏极效率超过31%。　　
3．对现有的Hammerstein功放行为模型进行了改进，引入一阶非线性动态项来表征功放的非线性记忆效应。用改进后的模型对GaN AB类功率放大器进行建模实验验证，模型拟合精度优于传统Hammerstein模型。将此模型用于数字预失真，对于20MHz四载波OFDM调制信号，GaN AB类功率放大器的ACPR有15dB以上的改善，预失真后的功放ACPR达到-53dBc以下。