针对宽带功率放大器设计的人工神经网络算法

为了实现准确快速设计宽带匹配网络的目的, 提出了基于人工神经网络设计宽带高效功率放大器的新方法。通过对匹配网络及晶体管阻抗特性的分析,借助人工神经网络对功率放大器的匹配网络进行建模。结合训练模型与优化方法设计宽带匹配网络初值,在指定的频带内满足晶体管最优阻抗随频率变化的曲线。选择商用的氮化镓高电子迁移率晶体管,分别设计了六阶低通网络为输入和输出匹配网络,实现了一款工作在0.2~1.6 GHz的宽带高效率功率放大器。仿真结果表明,在0.2~1.6 GHz(轴比带比约为156%)的带宽范围内,功率放大器达到64.5%~80.5%的漏极效率,输出功率为40.0~41.6 dBm,频带内增益为11.1~12.6 dB。该方法提升了宽带功率放大器匹配网络的设计速度与准确性。     

2～6 GHz 100 W高效率平衡式功率放大器的研制

为解决传统宽带大功率放大器工作效率低的问题,采用新型电阻电抗连续B/J类功放模式拓展晶体管高效率的输出负载阻抗空间,从而提高宽带功放的漏级输出效率。提出了一款基于0.25μm栅长的氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）的平衡式功放。该功放将LC匹配网络和切比雪夫阻抗变换器相结合实现GaN HEMT器件宽带输入输出阻抗匹配,并利用3 dB Lange耦合器实现宽带平衡式功率合成。在连续波测试条件下,该平衡式功放在2～6 GHz频带内输出功率大于100 W,漏极效率大于45%,功率增益大于9.0 dB,抗负载失配比优于5:1。     

X波段GaN高效率连续B类功率放大器芯片设计

为有效地提升功率放大器的工作带宽和效率,基于0.25μm GaN HEMT工艺,利用末级管芯输入、输出二次谐波调谐技术,设计了一款X波段GaN高效率连续B类功率放大器微波单片集成电路.末级管芯输出二次谐波调谐技术将晶体管的输出电容并入LC并联调谐电路中,简化了电路结构,并且优化并联LC调谐电路,将宽工作频带内各频点二次谐波负载阻抗与基波负载阻抗实现逐点对应,有效匹配支持宽高效率带宽的连续B类工作模式,并进一步结合二次谐波源阻抗牵引技术,采用输入二次谐波调谐技术,在末级晶体管输入端插入串联LC调谐电路.通过优化串联LC调谐电路,将工作频带内的二次谐波源阻抗点均移入各频点的高效率区域,实现功率放大器宽工作频带内输出效率的整体提升.实测结果表明,该功率放大器芯片在8.0～10.5 GHz工作频带内,饱和输出功率增益为40.8～42.2 dBm,饱和输出效率可达51%～59%,功率增益为19.8～21.2 dB,小信号增益为23.6～25.6 dB,输入回波损耗小于-10 dB.芯片尺寸面积为3.2 mm×2.4 mm.本研究提出的电路结构为提高功率放大器芯片的输出效率和带宽提供了一种可行的思路.     

L波段F类高效率载片式功率放大器设计

为解决传统F类功率放大器受晶体管输出电容和输出电感影响,导致调谐匹配网络结构复杂的问题,提出了一种紧凑型的输出调谐匹配电路结构。通过分析基波匹配电路的阻抗特性,在谐波频率处可将其等效为一段有限的到地电抗。在设计谐波匹配电路时,将该电抗元件与谐波匹配电路进行协同设计,避免引入多余的元件来消除基波匹配网络对谐波匹配网络的影响,减小了功放的整体面积。最后,仅引入一个LC串联谐振网络,实现对输出二次\\三次谐波的控制以提高输出效率。基于该电路结构,采用0.25 μm GaN HEMT管芯设计了一款L波段高效率功率放大器,并且使用内匹配技术在7 mm×8 mm铜-钼-铜载片上实现。实测结果表明,在漏源电压28 V、10%占空比的脉冲输入的工作条件下,该功率放大器在1.18~1.42 GHz频带内实现饱和输出功率48.1~48.4 dBm,功率附加效率61%~63%,功率增益大于26 dB。该结构在提高效率的同时,降低了电路复杂度。     

基于GaAs工艺的Ku波段功率放大器设计

本文研制一款12 GHz～18 GHz的Ku波段三级功放(功率放大器,Power Amplifier)。该电路采用三级级联拓扑结构,利用双L型结构有耗匹配网络设计每一级晶体管的输入/级间匹配,通过输出匹配将端口阻抗与最佳负载阻抗进行匹配,实现12 GHz～18 GHz范围内的宽带阻抗匹配。进一步地,将直流供电端采用的扼流电感参与阻抗匹配,进而避免使用面积较大的扼流电感,在增加匹配网络自由度改善功放带宽的同时有效地减小了功放的面积。该功放基于0.5μm GaAs pHEMT工艺设计、加工与制造,包含了焊盘的芯片面积为1.91 mm×0.76 mm。测量结果表明,在12 GHz～18 GHz的工作频率范围内,该功放的小信号增益为15.7 dB、输入输出驻波比均小于1.7:1、带内平坦度为±1.2 dB、输出饱和功率为23 dBm、功率附加效率为大于20%。     

高效率Doherty功率放大器的设计

针对传统Doherty功放效率低下的问题，将谐波控制理论和Doherty理论进行结合，提出了一种新型拓扑结构。该结构能够实现对所有高次谐波的控制，能将偶次谐波匹配到短路终端、奇次谐波匹配到开路终端。同时，使用高频仿真软件进行电路的拓扑结构建模，对设计完成的功放进行验证。仿真结果表明：在1.6～1.9 GHz的频率范围内，低功率状态时，漏极效率介于61.5%～69.0%之间，输出功率为38.0～41.5 dBm，大信号增益大于15 dB；高功率状态时，漏极效率为介于64.5%～72.0%之间，输出功率为40～43 dBm，大信号增益大于10 dB。     

电磁超声用大功率高频激励源研制

为了提高电磁超声换能器的换能效率,采用大功率高频激励源是一种有效的解决方法.针对提出的一种DE类射频功率变换器技术,建立了DE类射频功率放大器拓扑结构及其电路参数的设计方法.通过对DE类功率放大器电路仿真分析,利用TMS320F2812型数字信号处理器( digital-signal-processing,DSP)作为主控芯片,结合外围温度传感器、电流传感器、电压传感器实现了大功率高频激励源的驱动控制.通过选取UCC27531作为金属氧化物半导体盗效应管( metal-oxide-semicondutor-field-effect-transistor,MOSFET)驱动芯片,并以IRFP460作为开关器件构建变换器主电路,实现了功率MOSFET的高速驱动.实验结果表明：基于DE类谐振变换器设计的激励源,工作状态稳定,性能指标达到最大输出功率1.1 kW、负载电压峰峰值约270 V、负载电流峰峰值约26 A、最高输出频率1 MHz,能够满足电磁超声换能器的工作要求.     

一种带有温度补偿电路的射频功率放大器

针对无线通信应用的射频功率放大器,提出了一种新颖的温度补偿电路。应用该温度补偿电路,设计了一款基于InGaP/GaAs HBT工艺的两级F类功率放大器。该功率放大器采用了带温度补偿特性的有源偏置电路,能有效地提高线性度,补偿温度引起的性能偏差;输出匹配网络采用F类功率放大器谐波理论而设计。在1 920～1 980 MHz频段和电源电压3.4 V条件下,测得常温状态该功率放大器增益为27 dB;输出功率在28 dBm时功率附加效率达到42%,邻信道功率比为-36 dBc;在-20 ℃～80 ℃之间功率附加效率和邻信道功率比基本不变。     

0.18 μm CMOS高效高增益功率放大器设计

在自偏置A类共源共栅射频功率放大电路拓扑基础上,基于SMIC 0.18 μm CMOS工艺设计了两级自偏置A类射频功率放大器电路.该射频功率放大器电路采用两级共源共栅结构,在共栅MOS管上采用自偏置.采用Cadence公司的SpectreRF工具对电路进行仿真与优化.设计与优化结果表明,在2.4GHz频率下,输出功率为20.3dBm,功率附加效率为49％,功率增益达到32dB.     

1414．5 GHz Doherty 功率放大器研究

该文设计了一款应用于卫星通信基站的Ku波段高效率功率放大器。设计电路中的有源器件为Triquint 0．25μm GaN HEMT功率管,首先对该功率晶体管等效电路模型进行参数提取,用HFSS软件对无源元件进行电磁场仿真,用Agilent ADS软件对电路有源和无源进行了联合仿真。电路拓扑结构为Doherty结构,其中主放大器和辅助放大器分别设计,再通过Wilkinson功分器两路合成。仿真结果显示,在1414．5 GHz频率下,设计的功率放大器输出功率大于12 W,功率增益大于8 dB,功率附加效率高于45％。     

磁悬浮轴承功率放大器的研究

主动磁悬浮轴承中的功率放大器可以看成是一个电流跟踪系统 ,其性能的好坏对磁悬浮轴承的性能有着重要影响。从线圈数学模型、功率电路拓扑结构、直流母线电压、电流控制器几个方面对功率放大器进行了讨论与分析 ,并对一单自由度磁悬浮实验系统的电流控制进行了仿真研究。     

能量回收大功率DC/DC装置的主电路拓扑设计

针对某种型号的大功率电动汽车设计了一款能够实现软开关的多相交错的双向大功率DC/DC装置的主电路拓扑。设计中为了减小装置的体积以及提高装置的效率,使用了非隔离型的双向DC/DC主电路拓扑。为了减小主电路的输入输出电流纹波以及提高主电路拓扑的可靠性,使用了多个非隔离型的双向DC/DC主电路拓扑相并联。通过控制多相交错型拓扑结构中主功率开关管的导通和断开的时序实现了软开关技术,这样不仅降低了功率开关器件的功率损耗而且还减少了主电路本身对其它电路的干扰。最后,使用Matlab/Simulink仿真软件对所设计的主电路拓扑进行了仿真,验证了基于软开关的主电路拓扑的正确性。     

一种宽带多路功率合成器设计

功率合成电路在固态发射机中得到了广泛应用。该文给出了一种宽频带多路功率合成器的结构,采用微带形式进行径向功率合成电路设计,具有宽带、合成路数灵活、结构实现简单的优点。合成器通过3节四分之一波长阻抗变换器构成的微带电路实现宽带匹配,以5路宽带功率合成器为例进行了仿真优化和设计以及实物验证,合成器在工作频段1—3GHz内插损小于0．5dB,测试结果与仿真结果吻合,表明了这种设计方法的可行性。     

用ADS进行功率放大器仿真设计

主要介绍了工作频率为2.4GHz的A类功放的设计方法和仿真过程,采用负载迁移法使用ADS仿真软件,获得射频功率放大器电路的输入输出最佳匹配阻抗,并对设计电路进行了稳定性分析、线性度分析、电源效率分析及对整个电路进行了优化。仿真设计出一个工作频率2.4GHz、增益9.5dB,1dB压缩点功率34dBm、2次谐波小于-50.8dBc的射频功率放大器。     

新型Doherty功率放大器

为了实现Doherty功率放大器的高效率和线性,提出了多级Doherty结构、集总Doherty功率放大器、DSP控制的Doherty功率放大器。在三级Doherty结构中,采用高效的GaN HEMT器件和数字预失真线性化技术,在最高功率和回退过渡点的效率,可提高到60%以上。在集总Doherty功率放大器中,最高输出功率下功率效率为52%。     

环境WiFi能量采集系统的匹配网络与整流电路设计

设计了一款针对WiFi信号的环境能量采集系统,工作频率范围从2.4 GHz到2.485 GHz.该系统采用了4倍压整流电路,并设计了从天线到整流电路的宽带匹配电路,提升了能量采集的效率.设计的宽带匹配电路在WiFi工作频率范围内,S_(11)均小于-10 dB.整流电路可将采集信号增加4倍,能有效提高RF-DC转换效率.测试结果表明,所设计的电路达到了设计要求,在-10 dBm的输入功率下,达到了40%的RF-DC转换效率,并使超级电容在30 min内采集到了257 mV的电压.     

1kW推挽升压开关电源设计

介绍一款以SG3525为主控芯片,采用推挽拓扑结构,利用高频变压器对12 V直流进行隔离升压的开关电源;通过SG3525控制器产生高频脉宽调制(PWM)波,控制开关管通断,对输入信号进行升压整流.推挽电路中加入了有源钳位电路,可以减少开关管的漏极尖峰.变压器的设计利用初级并联次级串联方式来提高整机的效率.并设计了电池过压、欠压、过流、过热等保护电路.经仿真和实验验证该开关电源具有效率高、可靠性高、电路简单、电磁干扰小等优点.     

磁悬浮主轴数字功率放大器的设计研究

提出一种基于DSP的数字磁悬浮开关功率放大器;对数字功率放大器的硬件结构和软件算法进行了分析和设计,同时对功率转换电路进行了改进设计。实验结果表明,数字功率放大器具有电流纹波小、稳定性能好和电流响应快等优点。     

基于变压器反馈的紧凑型宽带低噪声放大器

运用变压器反馈技术,基于65 nm CMOS工艺设计了一款紧凑型宽带低噪声放大器。电路采用两级共源共栅结构,基于变压器的输入匹配网络实现了宽带输入匹配,漏源正反馈提高了电路的增益,漏源负反馈增强了其稳定性,电路总面积仅为0.156 mm²。仿真结果表明,设计的宽带低噪声放大器的最大增益为18.2 dB,3dB带宽为31～45 GHz, 1 dB带宽为32～44 GHz。在36 GHz时,最低噪声系数为4.5 dB,1dB带宽内噪声系数均低于5.2 dB。     

电磁超声相控阵激励源高频隔离驱动电路

为了进一步提高电磁超声相控阵激励源的工作效率,基于半桥拓扑放大结构提出了一种电磁超声相控阵激励源高频隔离驱动电路的设计方法.根据金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)的简化模型,分析了MOSFET在开通和关断过程中的开关损耗,从而给出了高频隔离驱动电路所必须满足的条件.通过采用光纤器件隔离脉冲信号和DC-DC隔离电源对参考电位进行转换,有效解决了驱动电路的高频"浮栅"问题,并利用RC微分电路和施密特反相器设计了驱动信号死区时间可调电路.实验结果表明:设计的驱动电路能够输出频率为1.1 MHz、死区时间为0.32μs、驱动电压为18.8 V、占空比为26%的互补驱动信号,并且在驱动MOSFET栅极的实际应用中,有效降低了功率开关管的功率损耗.