（电力电子与电力传动专业论文）通信系统中包络线跟踪电源的研究.pdf

皆：专0 0 = 割嘉吼够阜捌下琶扭 丢￥哆毒晦霉牮 群骣联蜂鲴 半辑辫砸士申幸雅 睡甜华申与士申华审 钮f 营兽 坐f f 醵合群 刨肇距抱 环牟性杀 琴辅甭肇抱 草地b i 酆审匏哿翁粝b 申验显哥哥 e i l i o - o i 0 l 8 2 0 i ：各嘴茸砚 i j ，l 蛆 拱再嘉千照 护0 8 0 8 0 ：各椠髟性杀 1 9 伊i a l l ：各椠髟圈审 j，参 ， ， o i o e f a b m q 0 4 8 u h 9 9 暑u aj oa 删娓w j oo o 培o g9 m t o j s ：m o m o x ! n b o a q u o 1 u o m i i g l n di 艺p c m du ! p o n ! m q n s o q u ! xi r b n 3 0 a d 和p o s ! a p v s u ! i o b ! xs u o ! x 天q 暑u ! j a a u 挥| u 丑l b 3 1 耵0 9 i 丑 i i ! s ! s o q 工v m o , s 又su o p , g a m n m m o a o l 虬a o j2 【1 d d n s - - a o m , o d 暑u n l a g a , lo d o l o a u x u o q a a g o s 0 1 i s u 雎o o m i u tu o p , t ；m o m v j oo i ；o l i o d i o o q o s9 舯p 烈0 钒u s o ! m _ b u o x l s vp t ms o ! m t m o a o v j o 愈! s a o a m f l 暑u ! f u g n 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和 致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名： 傀。u 、诡 - 南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 在3 g 移动通信系统中，射频功放的输入信号包络线幅值是变化的，且带宽较高，采用恒 定电压给射频功放供电，其损耗将很大。为了提高射频功放的效率，有必要使其供电电压跟随 输入信号包络线的变化而变化，这样的供电电源被称为包络线跟踪( e n v e l o p et r a c k i n g ，e d 电源。 本文研究e t 电源的系统架构、电路拓扑和控制方式。 本文采用开关电源和线性电源并联来构成e t 电源，其中开关电源采用同步整流b u c k 变换 器，工作在电流源方式，提供大部分功率；而线性电源采用三级放大器结构，工作于电压源方 式，用于调节输出电压，这样的组合方式具有效率高和输出电压波形质量高的优点。e t 电源的 输出电压依靠线性电源来调节，为此本文提出一种双电压环控制方法，其中输出电压的交流分 量通过电压内环和电压外环同时调节，直流分量则通过电压外环来调节。为了尽可能减小线性 电源电流，以提高e t 电源效率，本文提出一种p w m 电流控制方法，使开关电源尽可能提供 全部负载电流。该控制方式的优点是开关频率恒定，为以后多个开关电源交错并联创造条件。 本文还对电流控制方法进行改进，以进一步减小线性电源电流。本文详细讨论了线性电源和开 关电源中主要元器件参数的设计和选取原则，给出了电压闭环和电流闭环的设计过程，并指出 e t 电源输出电压纹波产生的原因。 基于以上理论分析，本文最后研制一台平均功率为3 7 5 w 、峰值功率为7 5 w 的原理样机， 并进行仿真和实验验证，仿真和实验结果表明本文所提出的e t 电源电路拓扑和控制策略是有 效的。 关键词： 3 g 通信，e t 技术，组合电源，a b 类线性电源，同步整流b u c k 变换器，控制策略 通信系统中包络线跟踪电源的研究 a b s t r a c t i nt h et h i r dg e n e r a t i o n ( 3 g ) m o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，t h ei n p u ts i g n a lt ot h er a d i o f r e q u e n c yp o w e ra m p l i f i e r ( r f p a ) c h a r a c t e r i z e so fn o n - c o n s t a n te n v e l o p ew i 廿lh i g l lb a n d w i d t h u n d e rt h i sc o n d i t i o n ，c o n s t a n ta m p l i t u d ep o w e rs u p p l yt ot h er f p aw i l ll e a dt os i g n i f i c a n tp o w e rl o s s t oi m p r o v et h es y s t e me f f i c i e n c y , o n eo ft h em o s tp r o m i s i n gm e t h o d si st h ee n v e l o p et r a c k i n g ( e t ) t e c h n i q u e ，w h i c hc a ne f f i c i e n t l yp r o v i d eav a r y i n gs u p p l yv o l m g ea c c o r d i n gt ot h ee n v e l o p eo ft h e t r a n s m i t t e ds i g n a l ，s u c ht h a t t h er f p ac a l ln e a r l yo p e r a t ei ni t st h e o r e t i c a lm a x i m u m e f f i c i e n c yr e g i o n c o n s i d e r i n gt h eh i 曲b a n d w i d t ha n dh i g he f f i c i e n c yr e q u i r e m e n ti ne tp o w e rs u p p l y , t h e r ea r em a n y d e s i g nc h a l l e n g e st ob ef a c e dw i t h t h i st h e s i si sd e d i c a t e dt ot h es y s t e mc o n f i g u r a t i o n ，t o p o l o g i e s a n dc o n t r o ls t r a t e g i c sf o rt h ee tp o w e rs u p p l y i nt h i st h e s i s ，al i n e a ra m p l i f i e ra n das w i t c h e d - m o d ec o n v e r t e ra r ec o n n e c t e di np a r a l l e la tt h e o u t p u ts i d et oc o n s t r u c tt h ee tp o w e rs u p p l y t h el i n e a ra m p l i f i e rw i t hh i g hb a n d w i d t ho p e r a t e sa sa v o l t a g es o u r c e ，m a k i n gt h eo u t p u tv o l t a g eo ft h ee tp o w e rs u p p l yf o l l o wt h ee n v e l o p eo ft h e 仃a n s m i r e ds i g n a l i ti sc o n s t r u c t e db yt h r e e s t a g e a m p l i f i e ra r c h i t e c t u r e t h es w i t c h e d - m o d e c o n v e r t e rw i t hh i g he f f i c i e n c yo p e r a t e sa sac u r r e n ts o u r c e ，p r o v i d i n gm o s to ft h el o a dc u r r e n t i t a d o p t sas y n c h r o n o u s - r e c t i f i c a t i o nb u c kc o n v e r t e lad o u b l e - v o l t a g e c l o s e d l o o pv o l t a g ec o n t r o l s t r a t e g yi sp r o p o s e dt or e g u l a t et h eo u t p u tv o l t a g eo ft h el i n e a ra m p l i f i e r , i nw h i c h ，t h ea cc o m p o n e n t o ft h eo u t p u tv o l t a g ei sr e g u l a t e db yb o t ht h ei n n e ra n do u t e rv o l t a g ec l o s e d - l o o p s ，a n dt h ed c c o m p o n e n to ft h eo u t p u tv o l t a g ei sr e g u l a t e db yt h eo u t e rv o l t a g ec l o s e d l o o p ap u l s e - w i d t h m o d u l a t i o n ( p w m ) c u r r e n tc o n t r o ls t r a t e g yi sp r o p o s e df o rt h es w i t c h e d m o d ec o n v e r t e r ，a i m i n ga t m a k i n gt h es w i t c h e d m o d ec o n v e r t e rp r o v i d en e a r l ya l lt h eo u t p u tc u r r e n t ，s ot h a tt h el i n e a ra m p l i f i e r o n l yp r o v i d e st h es w i t c h i n gf r e q u e n c yr i p p l ec u r r e n tr e s u l t e db yt h es w i t c h e d m o d ec o n v e r t e r t h u s t h eo v e r a l le f f i c i e n c yo ft h ee tp o w e r s u p p l yc a nb ei m p r o v e d t h ep w m c u r r e n tc o n t r o ls t r a t e g yh a s t h ea d v a n t a g eo fc o n s t a n ts w i t c h i n gf r e q u e n c mp r o v i d i n gt h ep o s s i b i l i t yo ff u t u r ep a r a l l e l i n go f i n t e r l e a v e dm u l t i p l es w i t c h e d m o d ec o n v e r t e lt h ec u r r e n tc o n t r o ls t r a t e g yi s i m p r o v e dt of u r t h e r r e d u c et h eo u t p u tc u r r e n to ft h el i n e a ra m p l i f i e r t h ed e s i g no ft h ek e yc o m p o n e n t si nt h ee t p o w e r s u p p l yi sd i s c u s s e di nt h i st h e s i sa sw e l la st h ed e s i g no ft h ev o l t a g er e g u l a t o r sa n dc u r r e n tr e g u l a t o r m e a n w h i l e ，t h ef a c t o r so fa f f e c t i n gt h eo u t p u tv o l t a g er i p p l ea r ep o i n t e do u t f i n a l l y , ap r o t o t y p ew i t ha v e r a g ep o w e ro f3 7 5 wa n dp e a kp o w e ro f7 5 wi sf a b r i c a t e da n d t e s t e di nt h el a b t h es i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r eg i v e nt ov e r i f yt h ee f f e c t i v e n e s so ft h e p r o p o s e dt o p o l o g i e sa n dc o n t r o ls t r a t e g i e sf o re tp o w e rs u p p l y k e yw o r d s ：3 gc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，e n v e l o p et r a c k i n gt e c h n i q u e ，a b - t y p el i n e a ra m p l i f i e r ， s y n c h r o n o u s - r e c t i f i c a t i o nb u c kc o n v e r t e r ，c o n t r o ls t r a t e g y i i 南京航空航天大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录 图表清单。 注释表i x 第一章绪论1 1 1 研究背景一1 1 1 1e e r 技术2 1 1 2e t 技术3 1 2e t 电源的研究现状4 1 2 1 开关变换器系统4 1 2 2 开关电源与线性电源组合系统7 1 3e t 电源发展面临的挑战。1 1 1 4 本文研究的内容及意义1 2 第二章e t 电源的电路拓扑和工作原理一1 3 2 1 引言1 3 2 2e t 电源的拓扑选择1 3 2 3 线性电源的工作原理和参数设计1 3 2 3 1 线性电源电路1 3 2 3 2 线性电源直流通路分析1 4 2 3 3 线性电源的开环交流电压增益1 8 2 3 4 线性电源的开环输出阻抗2 1 2 4 开关电源的主要参数设计2 2 2 4 1 输入直流电压的要求2 2 2 4 2 滤波电感三r 的计算2 4 2 5 本章小结2 5 1 1 i 通信系统中包络线跟踪电源的研究 第三章e t 电源的电压控制策略和闭环设计2 6 3 1 引言。2 6 3 2e t 电源的电压控制策略2 6 3 2 1 电压内环2 6 3 2 2 电压外环2 7 3 3 电压闭环的设计2 8 3 3 1 电压内环的闭环设计2 8 3 3 2 电压外环的闭环设计3 1 3 4e t 电源输出电压纹波分析3 3 3 4 1 线性电源的闭环输出阻抗。3 3 3 4 2e t 电源输出电压纹波3 4 3 5 本章小结3 5 第四章e t 电源的电流控制方法。3 6 4 1 引言3 6 4 2e t 电源的电流控制方法3 6 4 3 电流闭环的参数设计3 7 4 3 1 开关电源系统的小信号数学模型3 7 4 3 2 电流调节器的参数设计3 8 4 4 电流控制方法的改进3 9 4 4 1 改进电流控制方法的提出3 9 4 4 2 改进电流控制方法的实现4 0 4 4 3 改进前后电流控制方法的比较4 l 4 5 仿真验证4 3 4 6 本章小结。4 7 第五章e t 电源样机的研制j 4 8 5 1 弓l 言4 8 5 2 开关电源主电路参数设计4 8 5 2 1 直流输入电压的选择4 8 5 2 2 滤波电感的计算4 8 5 2 3 开关管q l 和q 的选择5 1 5 3 线性电源主电路参数设计5 l i v 南京航空航天大学硕士学位论文 5 3 1 功率管正和疋的选择5 1 5 3 2 放大电路直流工作点的设定5 2 5 3 3 偏置电流源和偏置电压源的参数设计5 3 5 4 控制电路的参数设计5 3 5 4 1 电流检测电路5 3 5 4 2 控制芯片选择及其外围电路的设计5 4 5 4 3 驱动芯片的选择5 5 5 4 4 调节器参数选择。5 6 5 5 实验验证5 6 5 6 本章小结_ 5 9 第六章工作总结与展望6 0 6 1 本文的主要工作6 0 6 2 下一步工作6 0 参考文献6 2 致谢6 7 在学期间的研究成果及发表的学术论文。6 9 v 通信系统中包络线跟踪电源的研究 图表清单 图1 1 应用e e r 技术的发射机示意图2 图1 2 功率放大器电路示意图和主要波形3 图1 3 恒压供电的发射机示意图和供电电压波形4 图1 4 应用e t 技术的发射机示意图和e t 电源供电电压波形4 图1 5 单个变换器作为e t 电源的系统示意图5 图1 6 双频变换器的控制框图6 图1 7 多个开关电源单元交错并联组合结构电路示意图6 图1 8 三电平b u c k 变换器主电路和主要波形一6 图1 9 多电平开关切换结构示意图和主要电压波形7 图1 。l o 开关线性复合电源的分类8 图1 1 1b u c k 变换器和线性电源组合结构示例。9 图1 1 2b u c k 变换器和a b 类线性电源级联系统一9 叼 图1 1 3 多电平开关切换结构和线性电源组合系统1 0 图1 1 4 开关电源与线性电源并联结构1 0 图2 1e t 电源的主电路拓扑1 3 图2 2 线性电源电路示意图1 4 图2 3 线性电源的直流通路。1 5 图2 4v b e 倍增电路1 6 图2 5 偏置电流源厶栅的电路图1 8 图2 6 放大电路交流等效模型一1 8 图2 7 应用密勒定理的放大电路交流等效模型2 0 图2 8 放大电路输出级交流等效电路。2 2 ， 图2 9 开关电源主电路一2 2 图2 1 0 交流基波分量的相量图一2 3 唯 图2 1 1 负载电流和滤波电感电流波形2 4 图2 1 2 负载电流和滤波电感电流的斜率波形2 5 图3 1 密勒补偿前后环路增益的b o d e 图2 7 图3 2 电压控制电路示意图一2 7 图3 3 输出级传递函数的幅频曲线3 0 南京航空航天大学硕士学位论文 图3 4 缓冲级输入阻抗的幅频曲线一3 0 图3 5 电压内环控制框图3 0 图3 6 电压内环环路增益的b o d e 图3 l 图3 7 线性电源电压控制框图3 l 图3 8 电压外环的p i 调节器3 2 图3 9 补偿前后电压外环环路增益的b o d e 图3 3 图3 1 0 线性电源输出阻抗幅值曲线3 4 图3 11e t 电源的等效示意图3 4 图4 1 电流控制示意图3 6 图4 2p w m 调制示意图，3 7 图4 3 电流控制框图3 8 图4 4 电流调节器的电路图3 8 图4 5 补偿前后电流环环路增益的b o d e 图3 9 图4 6 改进电流控制方法的控制框图4 0 图4 7 改进电流控制方法的控制框图的等效变换4 1 图4 8 硒和砭的幅频和相频曲线4 2 图4 9 f o = 1 0 0 k h z 时电流控制方法改进前后的仿真波形4 4 图4 1 0 f o = 5 0 k h z 时电流控制方法改进前后的仿真波形4 5 图4 1 1 f o = 2 0 k h z 时电流控制方法改进前后的仿真波形4 6 图5 1 电感取值曲线。4 9 图5 2b u c k 变换器的主要波形5 0 图5 3 电感电流峰值锄肚与输出电压v o 的关系曲线5 1 图5 42 n 5 4 0 1 的电流放大倍数与集电极电流的关系曲线5 3 图5 5 电流检测电路5 4 图5 6u c 3 8 4 3 作电压型控制时外围主要电路5 5 图5 7 驱动芯片瓜s 2 0 1 2 4 s 典型应用电路5 5 图5 8 原理样机照片5 6 图5 9f o = 1 0 0 k h z 时电流控制方法改进前后的实验波形。5 7 图5 1 0 f o = 5 0 k h z 时电流控制方法改进前后的实验波形5 8 图5 1 1f o = 2 0 k h z 时电流控制方法改进前后的实验波形5 8 v j l 通信系统中包络线跟踪电源的研究 表4 1 电流控制方法改进前后仿真结果的对比4 3 表5 1 死区时间与电阻设置的关系：5 6 表5 2 电流控制方法改进前后实验结果的对比5 9 v i l l 南京航空航天大学硕士学位论文 a b 呵、a h 彳o 、a v a s a ，、彳如) 么。 ) c d m a c c l 、c w g 、c 二、c ： c 玉、c 心 c ：、 d e e r e t f 、耶) 正f c 且 工 石 石- 、屈、f 3 工 向、尼，局，f r ，届 f i 厶 6 以s ) ，g c “s ) 踟2 耶) i b 缸s 局q 1 、五彩、i n p 3 、i n 0 4 、厶口5 i c o , 、i c q e 、i c f f j 、切、i c q s i c l 脯，z 删 注释表 线性电源缓冲级、输入级的交流电压增益 线性电源输出级、电压放大级的交流电压增益 线性电源的交流电压增益及传递函数 输出级电压增益的传递函数 码分多址 电流调节器和电压调节器电路中的电容 密勒补偿电容及其等效电容 三极管乃的集电结电容和发射结电容 三极管疋的发射结电容c 1 2 的等效电容 开关管q 1 的占空比 包络分离与恢复 包络线跟踪 反馈通路电压增益及传递函数 电流环的截止频率 电压内环的截止频率 输出电压交流基波频率 三级放大电路的主极点 三级放大电路的三个极点 同步整流b u c k 变换器的开关频率 线性电源中各三极管的特征频率 电流调节器的零点 电压调节器的零点 电流调节器和电压调节器的传递函数 三极管乃的跨导 电压外环电压采样系数 线性电源的偏置电流源 线性电源中各三极管直流工作点处基极电流 线性电源中各三极管直流工作点处集电极电流 三极管兀和乃的集电极电流的最大值 i x 通信系统中包络线跟踪电源的研究 如l “、岛- 坍以 匆 i l f _ p k 、i l f _ p t _ m a x i o r m s i z cr 。 f o 乇t 醇一、，q 2 肚m x 场1 l 、i q 2r m i q 、肼i 、i j 惜 锄 w 五、厶 鳓 k e w m 蜀木、恐幸 匆 p a p a r p d n 、p d1 2 p w m q a m q p s k q l 、q 2 r b b , r b e r c i l 、足心 r c v i 、冠 | 2 r f p a r i b , 、如2 见 匙 x 三极管乃和疋的发射极电流的最大值 同步整流b u c k 变换器的滤波电感电流 滤波电感电流的峰值和峰值的最大值 一个开关周期中电感电流的有效值 一个输出电压交流基波周期内电感电流有效值 线性电源电流 包络线跟踪电源的负载电流 流过q - 和q 2 的电流峰值的最大值 一个开关周期中流过开关管9 和q 2 的电流有效值 一个输出电压交流基波周期内q l 和q 的电流有效值 线性电源电流基准 开关电源电流 ， 流过电阻r 聆l 和r n , 2 的电流 线性电源输出电流的采样系数 一 调制器输入至同步整流b u c k 单元输出的传递函数 电流控制方法改进前后0 。与f d 的比值 同步整流b u c k 变换器的滤波电感 功率放大器 峰均比 三极管乃和疋集电极功耗 脉宽调制 正交幅值调制 正交相移键控调制 同步整流b u c k 变换器的上管和下管 三极管的基区体电阻和发射结电阻 三极管的基极发射极间的交流输入电阻 电流调节器电路中的电阻 耐 电压调节器电路中的电阻 射频功率放大器 偏置电流源中的电阻 包络线跟踪电源的负载阻抗 线性电源屯流检测电阻 南京航空航天大学硕十学位论文 r 场l 、r r b 2 t r o l 、y l b 2 z 如) 、疆。o ) 邢) 兀如 瓦缸) 乃 乃、死 乃、乃、死 v a s v b e q i 、v b e q 4 圪泌 圪5d e v c z q z 、v c e q 4 、 v c z j “、v e c 2m v z b q ：z 、v e b q 3 、q 5 v z c q 2 、v z c q 3 、v e c q s v l f f o 、圪4 c 、v od c v o j s v om i n 、v o ， l b ) ，y l o ) 、i 2 0 ) z 讯pz 协b 驴z t , _ v ：| s z 口、z 两 z o b 啄 z 曲量 p l 、皮、岛、反、风 l ! l f l f 妒 v b e 倍增电路中的电阻 偏置电流源中的三极管 补偿后和补偿前的电流环的环路增益 倍增电路中的三极管 补偿后电压外环环路增益 电压内环的环路增益 补偿前电压外环的环路增益 输出电压交流基波周期 线性电源输出级功率管 线性电源缓冲级、电压放大级和输入级三极管 线性电源电压放大级 线性电源中三极管蜀和乃直流工作点处b e 间电压 线性电源的偏置电压源 三极管乃的基极电压直流分量 三极管兀和乃直流工作点的管压降 三极管正和死最大管压降 线性电源中乃、乃和死直流工作点的e - b 间电压 线性电源中疋、死和瓦直流工作点的管压降 滤波电感在输出电压基波频率二下的压降 包络线跟踪电源的输出电压及其交流分量和直流分量幅值 输出电压纹波 输出电压的最小值和最大值 线性电源输出端往外看的闭环负载导纳 线性电源输出级、缓冲级、电压放大级的输入阻抗 线性电源开环和闭环输出阻抗 线性电源缓冲级的输出阻抗 线性电源闭环输出阻抗在频率石处的幅值 线性电源中各三极管共发射极电流放大系数 电感电流脉动峰峰值 开关电源基波电流与负载基波电流之间的相位差 ，一 南京航空航天大学硕士学位论文 第一章绪论 1 - 1 研究背景 随着3 g 时代的到来，人们对信息的依赖程度越来越大，随时随地取得迅速可靠的通信， 即所谓的移动通信，成为人们不断追求的目标。移动通信技术的发展至今已历经了三代。第一 代移动通信系统使用模拟式频分多址技术，这在1 9 8 0 年代是一项具有重大意义的革新。但模拟 式通信系统的容量相对较小，业务类型也比较单一，仅限于语音服务，因此在经历了短暂的辉 煌后迅速被第二代移动通信所取代。从第二代开始，移动通信技术采用数字化技术，它克服了 模拟技术的缺点，系统容量得到扩大，并且可以支持一定速率的数据传输。其中典型的频移键 控和相移键控采用矩形数据脉冲，其射频( r a d i of r e q u e n c y , i 己f ) 信号的包络线是恒定的，此时采 用d 类、e 类或f 类非线性的射频功率放大器( r a d i of r e q u e n c yp o w e r a m p l i f i e r , r f p a ) 可以对信 号实现高效的放大。但是，这类“恒包络”的调制方式所导致的频谱延展将占用较大的频带， 因此它们比较适合低数据率和频带要求相对宽松的场合【l 】。随着移动通信用户的迅猛增长，现 有的系统容量已不能满足要求；同时，人们对数据传输率和数据传输类型多样化也提出了更高 的要求，这些都促进了第三代( 3 g ) 移动通信的产生。以正交相移键控( q u a d r a t u r ep h a s es h i f t k e y i n g ，q p s k ) 和正交幅值调9 0 ( q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n ，q a m ) 等调制方法为代表，第 三代移动通信采用整形化的数据脉冲，需要对数据波形的幅值和相位同时进行调制，数据脉冲 的包络线不再恒定不变。如果r f p a 的供电电压恒定不变，那么r f p a 的功率管的压降较大， 导致较大的功率损耗，整个系统的效率偏低。例如，在手机基站的发射机中，其r f p a 的功率 占整个系统功率的5 0 ，采用恒压供电时的效率只有1 5 左右 2 - 3 ，这就造成了极大的能源浪费。 为了实现r f p a 的高效工作，异相功率放大器技术睁6 】、d o h e r t y 功率放大器技术【确】，开关模式 和双径功率放大器技术【叫0 】，包络分离与恢复( e n v e l o p ee l i m i n a t i o na n dr e s t o r a t i o n ，e e r ) 技术 1 1 - 1 2 1 以及包络线跟踪( e n v e l o p et r a c k i n g ，e t ) 技术【1 3 。1 7 】等不断被提出。 异相功率放大器系统采用两个非线性p a 组合而成，两个p a 输出的正弦信号振幅相同，但 相位分别为咖。和烈f ) ，两信号叠加得到输出振幅调制信号【1 8 】。基本的异相功率放大器系统的 效率与理想的b 类功率放大器相同，不仅较低，而且随电压振幅的减小而降低。c h i r e i x 异相功 率放大器系统和混合功率合成器的异相功率放大器系统的两个p a 支路路径长度不完全相等， 由此引起相位误差，导致系统非常敏感，实用性较差【1 9 l 。在d o h e r t y 功率放大器技术中，比较 经典的是二级d o h e r t y 功率放大器结构，它有两个p a ，一股称之为主p a 和辅助p a ，它们由n 4 传输线隔开【2 0 l 。在输出功率较低时，辅助p a 停止工作，由主p a 提供输出功率；当输出功率较 高时，主p a 输出最大功率，剩余部分由辅助p a 补充；当输出峰值功率时，两个p a 都输出最 通信系统中包络线跟踪电源的研究 大功率【2 1 1 。然而，对于c d m a 信号，d o h e r t y 功率放大器在高功率时的非理想功率增益和相位 会引起线性度问题，无法满足i s 一9 5 标准。为了解决这个问题，可以采用e t 技术来控制辅助 p a 的供电，这样能得到更高的效率和较好的线性度【2 2 1 。开关模式和双径功率放大器系统则是 使用两个不同输出功率的p a 以及选择开关，当输出功率大于统计平均功率时，低功率p a 断开； 当输出功率等于或小于统计平均功率时，高功率p a 断开。因此在任何时刻只有一个p a 是接通 的【2 3 1 。为了进一步改善发射机的效率，需要提供多个具有不同输出功率等级的p a 并联连接到 多端口开关 2 4 1 。这种方式主要用在手机上，可以延长电池的使用寿命口9 1 。对于通信基站中的发 射机，r f 信号包络线的幅值和带宽很高，摆幅较大，处理的功率也越来越高。在这种情况下， e e r 技术和e t 技术逐渐成为应用热点。 1 1 1e e r 技术 图1 1 给出了应用e e r 技术的发射机示意图。输入r f 信号的放大分两条路径。一条路径 是用包络线分离器将输入r f 信号的包络线分离出来，然后通过高效率的调制器进行放大。这 个调制器实质上是一个d c d c 变换器，其输出电压跟踪r f 信号包络线的电压，作为相位信号 的调制信号，此环节也称为包络线恢复环节。另外一条路径是，输入r f 信号先经过限幅器得 到恒定幅值的r f 相位调制载波信号，然后再通过非线性功率放大器进行高效放大，其幅值受 到调制器输出电压的调制。系统中的延时线是用来保证幅值调制信号和相位调制信号同步。总 的来说，输入r f 信号的幅值和相位分别由调制器环节和r f p a 完成功率放大。 图1 1 应用e e r 技术的发射机示意图 e e r 技术首先f 日k a h n 在1 9 5 2 年提出并用于提高短波广播发射机的效掣2 5 1 ，与传统线性放大 器相比，k a h n e e r 发射机在输出功率回退的动态范围内都具有较高的效率，且平均效率要高3 5 倍0 9 , 2 6 1 。在该系统中，功率放大信号的线性度好坏取决于调制器的性能，其中两个比较重要的 因素是r f 信号包络线的带宽和幅值调制与相位调制的同步性【1 1 。在e e r 技术中，调制器中的功 率晶体管转移特性的线性度应该足够好，以准确恢复输入包络信号。但实际的功率器件很难达 到这样的要求，而且高功率器件的线性度更差。此外，在微波频率范围内，r f 功率器件更容易 饱和，