低成本射频功率放大器优化设计和实现-微电子学与固体电子学专业论文.docxVIP

华 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 PAGE 10 PAGE 10 1 引言 1.1 课题研究的目的和意义 通信技术在过去几十年的发展是有目共睹的，尤其在过去二十年中无线通信技 术的进展更是日新月异。无线通信不仅改变了人们日常交流方式与途径，也在某种 程度上影响了人们的生活方式，逐渐成为了我们生活中息息相关的一部分。据官方 统计我国无线通信用户的数量每年都以 10%以上的速度大幅度增长，截止 2010 年 10 月 21 日，全国移动电话用户数已达到 8.33 亿。同时，爱立信 2010 年 7 月中旬发布 综合调查数据显示由于发达国家智能手机用户增加以及贫困国家纷纷开展基础通信 网络建设，全球的移动用户人数已突破 50 亿[1]。可见无线通信基础设施的发展速度 是惊人的，无线通信系统设计与制造已经成为信息行业中最受关注的产业之一。 大家都知道，电磁波在自由空间中传播是会有能量衰减的，而且衰减的大小与 传输距离的平方成反比。因此为了能使电磁波传播的更远，使远处的接收机能正确 解调发射信号，对信号进行功率的放大是必不可少的。 随着通信成本的降低，使用无线产品的人数剧增，而且对带宽的要求也越来越 高，这样频谱资源就越来越珍贵，在国外经常见到通信频段拍卖出天价。为了在有 限的频谱范围内传输更多的信息，这就要求采用频谱利用率更高的传输技术，因此 许多高效的调制技术被用到现代无线通信系统中。由表 1-1 可见常见蜂窝系统的调制 方式。 表 1-1 常见蜂窝系统的调制方式 标准 接入方式 频率带宽/MHz 调制方式 信道带宽 /kHz 市场 AMPS FDMA 824-894 FM 30 北美 E-TACS FDMA 900 FM 25 欧洲 GSM TDMA 890-960 GMSK 200 欧洲 IS-95 CDMA 824-894/1.8GHz QPSK/BPSK 1250 北美 PDC TDMA 810-1510 π/4-DQPSK 25 日本 PACS TDMA/FDMA 1850-1990 GMSK 300 北美 CDMA2000 DS-CDMA/MS-CDMA 1885-2025（up） /2110-2200(down) QPSK/BPSK 1250/5000 北美 WCDMA DS-CDMA、FDD 1885-2025（up） /2110-2200(down) QPSK/BPSK 5000 欧洲 TD-SCDMA DS-CDMA、TDD 1885-2025（up） /2110-2200(down) 16QAM QPSK 1600 中国 由表 1-1 可见，随着无线通信技术从 2G 发展到 3G 以及到 4G 阶段，调制方式 的效率和信号的峰均比（Peak to Average Ratio，PAR）都越来越高，这样功率放大器 的线性度指标所承受的压力就越来越大。 为了确保电磁波在规定的频段准确无误的传送信号，一般情况下都要求无线通 信系统对相邻频段的用户干扰尽可能小。但由于实际系统中非线性器件的影响以及 各器件之间的相互影响都能使原信号产生一定程度的非线性失真，从而对相邻信道 产生或大或小的干扰。滤波是无法消除包络变化的线性调制技术的交调产物的，只 能采用提升发射系统的线性度来抑制非线性产物[2]。射频功率放大器是发射系统中非 线性最强的器件[3]，而且在通常情况下为了提高晶体管放大器的工作效率，放大器通 常都工作在近饱和区，这样就容易产生比较大的非线性产物。因此要从根本上提升 发射机系统的性能就必须在线性化功率放大器的设计上下功夫。 功率放大器线性化技术受到广泛关注，除了是由于调制信号峰均比越来越高的 要求外，主要还有系统效率、智能天线、软件无线电等技术的要求。 1.2 射频功率放大器的发展及研究现状 射频功率放大器的线性化方法有模拟预失真、前馈法、笛卡尔环、极性环、采 用非线性器件进行线性放大、包络消除与恢复等许多种，但按其基本技术原理大致 可以分为反馈、前馈、预失真三大类。不同的功率放大器线性化技术具有各自的特 点，表 1-2 是对三种线化技术的比较。由表 1-2 可见，前馈线性化技术的优势是宽带 宽和高线性度，缺点是系统复杂，效率一般。反馈的优势是效率及线性度高。预失 真的优势是效率及带宽高。 表 1-2 射频功率放大器线性化技术比较 方法 指标 复杂性 效率 带宽 线性度 反馈法 中 高 低 高 预失真法 中 高 高 中 前馈法 高 中 高 高 二十世纪二十年代功率放大器线性化技术就已经在国外开始了研究。1928 年贝 尔实验室的 H.S.Black 提出了反馈技术（Feedback），同时在次年提出了前馈技术 （Feedforward），并将它们同时用于放大器设计，有效了提高了放大器的线