开关电容式包络线跟踪电源的设计文献综述

 2021-10-28 20:48:16

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文 献 综 述一. 课题研究背景及意义目前,移动通信正在飞速发展,表1给出了从第二代(2nd Generation, 2G)到第四代(4th Generation, 4G)移动通信的发展状况[1]。

表1 现代移动通信技术的发展现代通信系统 调制方式 PAPR/dB2G GSM GMSK 02.5G EDGE 8-PSK 3.23G WCDMA QPSK 3.5~93.5G HSPA/HSPA 16QAM/64QAM 6.5~104G TLE/LTEA OFDM 8.5~13在通信系统中,一个非常重要的指标就是系统的功耗和系统的效率,而射频(Radio Frequency, RF)功率放大器(以下简称功放)是基站的核心,所以RF功放的效率会对基站的效率造成直接的影响。

现阶段,4G移动通信技术已步入正轨,第五代(5th Generation, 5G)时代即将到来,RF输入信号的包络带宽会变得越来越宽[2],功率均峰比(Power Average to Peak Ratio, PAPR)也变得越来越大,包络线的幅值会发生剧烈的变化,因此,采用恒压供电方式的基站功放效率越来越低[3];而包络线跟踪(Envelope Tracking, ET)电源的输出电压可跟踪RF信号包络线的变化而变化,为功放提供可变幅值的电源电压,因此可大幅提高功放效率[4],在节能减排以及缓解环境污染等方面有着十分重要的研究意义。

例如,在手机基站的发射机中,其RF功放的功率占整个系统功率的50%,采用恒压供电时的效率只有15%左右[5, 6],这就造成了极大的能源浪费,而如果采用ET技术[7-11]作为供电的方式,使功放的工作电压跟随RF输入信号的变化而变化,则功放的工作状态会一直保持在接近最大效率点的状态,整个系统的效率会得到大幅的提高。

在RF功放中,有以下技术来提高功放效率:Doherty技术[12-14],开关模式(E类)放大器技术[15],包络分离与恢恢复技术[16, 17],异相功率放大器技术[18, 19]和ET技术[20]。

相对其它技术而言,ET技术凭借着线性度很高和效率提高可控等特点在PAPR较高的系统中较为适用,而ET电源是ET技术的核心,所以,ET电源具有深刻的研究意义。

二. 国内外现状经过了多年的研究发展,ET电源的实现方式多种多样。

从系统结构上可将ET电源划分为三大类,即单开关变换器结构、开关变换器组合结构以及开关变换器与线性放大器组合结构。

下面分别对ET技术以及几种常见ET电源进行介绍。

(1)包络跟踪技术包络跟踪(ET)技术,早在1937年由贝尔实验室提出,指的是通过包络信号调制RF功放的漏极偏置电压,使得功放始终工作在饱和区域,以便取得较高的效率[21]。

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