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E类功率放大器研究

游飞  
【摘要】: E类功率放大器(功放)是一种高效率的开关类功放,并且,基于E类功放的极坐标发射机能够改善传统发射机的低效率性能。考虑到极坐标发射机对E类功放的技术需求,本文主要针对E类功放及其应用进行了三部分的研究:改进的高效率E类功放设计方法;漏极电压调制对E类功放性能的影响分析;极坐标发射机的原理验证及其幅度放大通道的非理想特性分析。 本文的主要创新点如下: 1.提出了具有串并联谐振回路的E类功放设计方法,并经过理论分析、仿真和实验测试的验证。通过串并联谐振频率的不同组合,可以提高E类功放的功率输出能力、负载阻抗、最高工作频率等性能指标; 2.提出了具有有限电感的单端E/F2类功放设计方法,通过对等效并联谐振频率及负载网络设计参数的调整,能够改善E类功放的功率输出能力、负载阻抗、最高工作频率等性能指标,该设计方法也通过了仿真及实验测试的验证; 3.提出并证明了逆E类LDMOS功放在漏极供电电压升高时性能下降(即效率降低,输出功率压缩,相位失真)的原因是受晶体管允许通过的最大漏极电流制约,并由此定义了逆E类功放的增益及最大输出功率; 4.提出并证明了E类MOSFET功放在漏极供电电压降低时性能下降的原因是受到MOSFET晶体管非线性输出电容的影响,并提出了在低供电电压条件下通过降低栅极直流偏置电压来提高漏极效率的方法; 本文的其它主要工作有: 1.分析了晶体管输出电容对逆E类功放漏极效率、输出信号幅度及相位等性能的影响,并得到了逆E类功放最佳工作频率受晶体管寄生电感、漏极耐压等因素制约的结论; 2.组建了基于E类功放的WCDMA极坐标发射机原理验证系统,频域与时域测试结果证明了该结构的可行性,且表明其输出信号质量受E类功放漏极调制和电源调制器的线性度制约; 3.分析了极坐标发射机中幅相信号分离后幅度信号频谱扩展的程度,并得到了极坐标发射机输出信号EVM指标与电源调制器重构低通滤波器带宽的显式关系。指出并证明了幅度放大通道的有限带宽会造成△∑电源调制器输入输出AM-AM关系出现类记忆效应的发散特性;分析并证明了△∑电源调制器由非零的晶体管转换时间造成的的脉宽传递误差会造成其AM-AM关系出现非线性增益的特性。最后仿真证明了使用Hammerstein ARMAX模型对△∑电源调制器的非线性类记忆效应进行建模的归一化均方误差性能满足要求。


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