包络线跟踪电源多电感选择开关电路设计

包络线跟踪(ET)技术可以大幅降低高峰均比射频(RF)线性功放的能耗。针对包络线跟踪电源(ETPS)中开关变换器开关频率高、拟合精度较低的问题,提出了多电感选择开关电路结构,用不同的电感对RF信号的包络上升周期进行拟合跟踪,在保证拟合精度的情况下,开关频率低于信号带宽。此处建立了多电感开关变换器损耗模型,并对电感配比的方法和不同电感配比的开关变换器损耗以及跟踪精度进行了详细讨论。最后,以5MHz带宽、10.07dB峰均功率比的正交频分复用(OFDM)调制测试信号为例,搭建了多电感选择ETPS原理样机,输出电压为8.3~22.4V,实验结果验证了该架构和方法的可行性。

采用阶梯波方式的高效开关线性复合包络线跟踪电源

针对开关频率对系统效率的影响和对提高跟踪频率的限制,提出一种采用阶梯波方式的高效SLH ET电源,其优势在于每个开关管在一个跟踪周期内只需动作一次,与相同跟踪带宽下的其他现有方法相比,减小开关频率的同时还可以大幅降低输出电压谐波,从而提升开关变换器的效率。本文从基波拟合准确度和电压谐波角度详细分析了阶梯电平数及阶差的选择。同时采用输出电压全前馈实现开关变换器输出电流跟踪负载电流,避免线性放大器提供基波电流降低系统效率。最后搭建了一台跟踪频率为300k Hz、输出电压为10-26V的正弦波,峰值输出功率为50W的ET电源原理样机,实验结果验证了理论分析的正确性,效率达到81.3%。同时,与两电平方式进行对比,实验结果表明阶梯波方式不仅能提高系统效率,还可获得更高跟踪带宽。

包络线跟踪电源技术综述

随着第四代移动通信的高速发展,射频输入信号的包络带宽越来越宽,功率峰均比越来越大,导致采用恒压供电的基站功放效率越来越低。包络线跟踪(ET)技术是大幅提高功放效率的有效方法之一,对于节能减排和缓解环境污染具有重要意义。ET电源是ET技术的核心装置,一般采用开关线性复合(SLH)结构,该结构结合了开关变换器高效率和线性放大器高带宽的优点。本文首先介绍高带宽线性放大器和高效率开关变换器的实现方法,然后介绍SLH ET电源的两个基本架构,即串联和并联架构。在分析这两个基本架构的基础上,提出SLH ET电源的串并联架构的概念,以进一步减小线性放大器输出的功率,提高SLH ET电源的效率。最后,针对现代移动通信对ET电源的要求,从阶梯波提供单元的优化、Ga N器件在ET电源中的应用、包络信号功率频谱的分段方法以及开关变换器控制策略的改进等四个方面提出进一步提升ET电源效率的方法。

开关线性复合包络线跟踪电源的全前馈方法

为提高现代无线通信系统中功率放大器的供电效率，本文采用AB型线性放大器和同步整流的Buck变换器并联构成包络线跟踪电源。其中线性放大器以电压型输出，跟踪参考信号的电压波形；Buck变换器以电流型输出，提供绝大部分的负载功率。为消除输出电压对线性放大器输出电流的影响，本文提出采用输出电压全前馈方法，该方法包含两个前馈项，分别用来抵消线性放大器的两个负载导纳，从而从本质上减小线性放大器的输出电流，提高ET电源的效率。为验证提出方法的有效性，本文通过一台跟踪频率为100kHz，输出电压为5～15V正弦波，峰值输出功率为75W的ET电源原理样机进行实验验证。实验结果表明，采用输出电压全前馈方法可以基本消除线性放大器输出电流中的基波成分，大大减小其电流有效值，ET电源的效率得到较大程度的提高。

考虑运算放大器带宽限制包络线跟踪电源的前馈控制策略

为提高3G通信中功率放大器供电电源的效率,本文提出多电平开关切换结构与线性电源串联构成ET电源的方案。该方案可以使电路中选通开关的开关频率等于参考信号的频率。与其他现有方法相比,其可以用同样的开关频率获得更高的跟踪带宽。针对包络线跟踪电源基本控制策略中闭环无法有效抑制扰动电压影响的问题,本文提出了阶梯波电压前馈的控制策略。为克服运算放大器线性放大能力受其带宽限制的影响,本文提出级联运算放大器的频率补偿方法以扩展等效级联带宽,保证前馈控制策略相对低频部分的实现;提出输出电压高频尖峰抑制方法以匹配阶梯波电压到输出电压间两条通路的传递函数,消除阶梯波电压中高频分量对输出电压的影响。本文以一台跟踪信号为300kHz正弦波,输出电压为10~32V,峰值功率为50W的原理样机进行实验验证。实验结果表明了本文所提方法的有效性。

基于BP神经网络的射频信号包络线预测研究

包络线跟踪电源相较于传统恒压供电大大提高了功放效率,但对硬件要求更高且会产生较高的额外时延。针对以上问题本文提出了一种基于BP神经网络的射频信号包络线的数据预测方案,用于提前生成控制开关变换器的基准信号。首先,基带数据经正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术生成射频信号的包络线数据。其次,将处理好的数据用于训练包络线跟踪电源的预测模型。最后,改变OFDM调制的子载波数以及选取不同正交振幅调制方式(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)分别训练网络。在12子载波下,分别选取16QAM~512QAM之间的6种映射方式进行仿真实验:512QAM在最佳隐含层节点16下训练得到的均方根误差值(Root Mean Squared Error,RMSE)为0.3143;在映射方式为16QAM,64QAM映射方式下,分别选取12、28、52子载波进行仿真,52子载波64QAM映射下的RMSE值最大为0.1752。预测结果中RMSE值均较小,满足预测误差的要求,且预测结果图中包络线与实际包络线拟合效果很好。通过对BP网络预测模型与传统调制模型浮点运算次数的计算,求取52子载波映射方式为64QAM的信号包络,计算次数节省率可以达到49.40%。