高效率单体共时双频Doherty功率放大器设计及其预失真行为模型研究

The mobile communication system is toward the high-efficiency, multi-band and wideband direction. As the key components in wireless communications system, RF power power amplifiers (PAs) operate in high efficiency and multi-band mode will not only help to reduce the size and cost of the RF front-end, and can effectively save energy. This project focuses on the research of mono-concurrent dual-band PAs, include dual-band matching techniques with low center frequency ratio, broadband dual-band matching techniques, frequency-independent phase shift control technology of dual-band offset line and the predistortion behavioral model of mono-concurrent dual-band PAs etc. Strive to obtain the theory and technology innovation and breakthroughs. Establish the universal theory for the design of mono-concurrent dual-band Doherty PAs. Lay the foundation for the application of mono-concurrent dual-band PAs in the mobile communication system.

移动通信系统正在向着高效率、多频带和宽带化方向发展。作为无线通信的关键器件，射频功率放大器的高效率、多频工作不仅有利于降低射频前端的体积和成本，而且可有效节约能源。本课题针对可同时工作于两个频段的单体共时双频功放的效率提升技术和预失真线性化技术进行研究，力争在支撑高效率共时双频Doherty功放设计的低频率比双频匹配技术、宽带双频匹配技术、双频offset line频率独立的相移控制技术以及单体共时双频功放的建模技术等方面取得理论与技术的创新突破，建立具有普适性的高效率单体共时双频Doherty功放设计理论体系，为单体共时双频功放在移动通信系统中的应用奠定基础。

无线通信技术的飞速发展导致2G、3G、4G等多种通信标准共存，多模多频已成为难以改变的客观现实。同时，由于频率分配的历史原因，移动通信系统的可用频率呈现非连续特征。在此背景下，发展可共时支持双频/多频的高效率射频器件与系统，可降低系统中器件和电路使用数量、降低静态损耗、提高系统能量转换效率，是移动通信射频单元的重要发展趋势。射频功率放大器作为射频前端的关键器件，对其多频、高效率以及线性化理论与技术的研究具有重要意义。.本项目在对共时双频匹配理论及结构深入研究的基础上，针对高效率单体共时双频功率放大器关键技术和双频预失真线性化技术进行了研究。双频功放方面，在双频匹配结构、双频相移控制技术、功率分配器关键技术、双频分支线耦合器技术等双频功放涉及的功能单元方面取得了创新性成果。并在此基础上，研制了两款高效率单体双频Doherty功率放大器、一款共时双频F类功率放大器以及一款宽带高效率功率放大器。双频Doherty功放的漏极效率在回退6dB时达51.1%@2.02GHz和55.3%@2.63 GHz，双频F类功放的共时漏极效率可达59.7%，而宽带功放在2.0-2.7GHz频带内回退8dB时的功率附加效率均大于45%。.在双频预失真线性化技术方面，提出单上变频单元共时双频数字预失真结构，并将传统单频功放模型扩展到共时双频模式，提出了DB-DDR模型、SDB-DDR模型、DB-TLBMP模型、2D-LCMP模型等低复杂度双频预失真线性化行为模型；提出了双频预失真模型面向FPGA 平台的共带外查找表结构，在保持乘法器使用率不变的情况下，降低29%的RAM 使用率；针对高峰均比的非恒包络调制信号，提出了改进的双频削峰技术和双频预失真技术的联合结构，有效改善信号的带内失真性能，误差矢量幅度（error vector magnitude，EVM）比传统方法降低了1.5%左右。.本项目在高效率单体共时双频功放及其线性化技术方面取得的科研成果，为共时双频功放以及共时双频系统的实际应用起到了积极的促进作用。