基于悬置线双模谐振器谐波控制型滤波功放

为了实现高效率的射频滤波功率放大器（filtering power amplifier）,将基于悬置线的截线加载谐振器（stub-loaded resonator）带通滤波器的输入阻抗直接匹配到射频功放管CGH40010F的最佳基波阻抗和谐波阻抗,实现射频功率放大器与滤波器的联合设计,使滤波器同时实现了滤波、阻抗匹配和谐波控制的功能,避免了额外的输出匹配结构,实现了结构紧凑、具有滤波功能的高效率谐波控制型射频功放.实测结果表明在中心频率2.45GHz处,其输出功率约为40dBm,最大电源附加效率（power added efficiency）为76.9%,同时具有良好的滤波特性.     

基于40 nm CMOS工艺的高效率功率放大器设计

针对硅基毫米波功率放大器存在的饱和输出功率较低、增益不足和效率不高的问题,基于TSMC 40nm CMOS工艺,设计了一款工作在28GHz的高效率和高增益连续F类功率放大器。提出的功率放大器由驱动级和功率级组成。针对功率级设计了一款基于变压器的谐波控制网络来实现功率合成和谐波控制,有效地提高了功率放大器的饱和输出功率和功率附加效率。采用PMOS管电容抵消功率级的栅源电容,进一步提高线性度和增益。电路后仿真结果表明,设计的功率放大器在饱和输出功率为20.5dBm处的峰值功率附加效率54%,1dB压缩点为19dBm,功率增益为27dB,在24GHz~32GHz频率处的功率附加效率大于40%。     

Dual-time resolution time-based transceiver for low-power serial interfaces

This paper presents the design and analysis of a CMOS power amplifier (PA) with active 2nd harmonic injection at the input. In this circuit, the main amplifier operates in class-A to provide a high linearity performance, and the auxiliary one is a class-C high efficiency amplifier, which injects the 2nd harmonic into the main amplifier. Theoretical analysis and simulations show that the proposed technique improves the PA linearity, power added efficiency (PAE), and the output power. The auxiliary amplifier, also referred as injection amplifier, injects the 2nd harmonic to the main (core) amplifier in order to compensate the gain compression phenomena at the main amplifier output node. Moreover, waveform shaping is employed to decrease the overlap of voltage and current waveforms, resulting in PAE improvement. The fully integrated PA with 2nd harmonic injection was designed and simulated in 0.18 µm CMOS technology, with a center frequency of 2.6 GHz. Post-layout simulation of PA exhibits 31.25% PAE in maximum linearity point (1 dBC point), illustrating 12.3% improvement at this power level. The 1 dBC point of PA is improved by 3.2 dB, and the PA output power is 20.2 dBm using 3.3 V supply voltage.     

Design of broadband class-F power amplifier for multiband LTE handsets applications

A broadband class-F power amplifier for multiband LTE handsets applications is developed across 2.3-2.7 GHz. The power amplifier maintains constant fundamental impedance at the output matching circuit which is operating for broadband. The nearly zero of second harmonic impedance and nearly infinity of third harmonic impedance are found for highly efficient class-F PA. The harmonic control circuits are immersed into the broadband output matching for fundamental frequency. For demonstration, the PA is implemented in InGaP/GaAs HBT process, and tested across the frequency range of 2.3-2.7 GHz using a long-term evolution signal. The presented PA delivers good performance of high efficiency and high linearity, which shows that the broadband class-F PA supports the multiband LTE handsets applications.     

基于GaN器件的连续型高效宽带功率放大器设计*

提出一种高效宽带功率放大器的设计方法,并基于GaN HEMT 器件CGH40010F 设计了验证电路。利用功放管输出寄生参数的等效网络,将基于连续型功放理论得到的负载阻抗转换到封装参考面上,并利用多谐波双向牵引技术对转换后的负载阻抗进行适当调整,使二次谐波负载阻抗位于高效率区以及基频负载阻抗能够获得高功率附加效率和高输出功率。谐波阻抗位于高效率区使得匹配网络的设计简化为基频匹配网络的设计,降低了对谐波阻抗匹配的难度和宽带匹配网络设计的复杂度。实验结果表明:在1GHz -3GHz 工作频带(相对带宽100%)内,功率附加效率在53%-64.6%之间,输出功率为39.5±2dBm,增益为11.5±2dB,二次谐波小于-15dBc,三次谐波小于-25dBc。     

基于双向牵引技术的射频功放设计与仿真

射频功率放大器是无线通信系统的核心部件,其输出功率和附加效率是设计的重点和难点,现有方法很难在功率和效率之间取得一致.为了解决这一问题,文中在综合考虑谐波分量以及负载阻抗、源阻抗对输出功率和附加效率影响的基础上,采用新型多谐波双向阻抗牵引技术,结合实例设计了一种高效率的射频功率放大器.在ADS中进行仿真,仿真结果表明功放在获得最佳附加效率的同时又有较高输出功率,证明了该方法的有效性.     

高效率Class F功率放大器的设计

本文基于InGaP/GaAs HBT(HBT为异质结双极晶体管)工艺设计了一款高效率的Class F功率放大器。文中首先描述了F类功率放大器的特点和电路原理,然后对放大器的设计过程如匹配电路设计技术、谐波抑制对功率效率的影响,以及偏置电路的设计等问题做了详细的讨论。测试结果表明,设计的功率放大器在电源电压为5V,输出功率为37dBm时,效率达68%。     

High Efficiency RF Power Amplifier Designed With Harmonic Real-Time Active Load-Pull

In this work, a high efficiency p-HEMT radio frequency power amplifier (PA) is designed using a new multiharmonic real-time active load-pull using the large signal network analyzer. This technique synthesizes a large set of instantaneous load mismatches to quickly find the optimal harmonic impedances, so as to achieve high PA efficiency in a shortened design cycle. At 2 GHz a demo power amplifier implemented with a p-HEMT demonstrated a power added efficiency (PAE) of 68.5% for 18.0 dBm output power, while achieving a maximum PAE of 75% below the 1 dB compression point for 18.6 dBm output power.     

基于GaN HEMT的1.5～3.5GHz宽带平衡功率放大器设计

阐述了基于GaN HEMT的宽带平衡功率放大器的设计与实现方法:采用Lange耦合器构建平衡功率放大器结构,采用多节阻抗匹配技术设计输入/输出匹配网络,实现功放宽带特性(1.5～3.5GHz);采用与Si热膨胀系数接近的AlSiC散热载片,克服管芯与载片热稳定系数不同引起的热稳定问题,并采用脉冲工作模式进一步减小功放发热量.制作实际功放模块用于测试,在1.5～3.5GHz频带内,功放线性增益大于12dB,增益平坦度为±0.4dB,饱和输出功率大于8W,漏极效率为56%～65%.实验测试结果与设计仿真结果有较好一致性,验证了设计方法的正确性.     

基于谐波调谐的双频高效功率放大器设计

为了满足无线通信系统对低功耗双频功放的需求,分析高效功放的阻抗条件,提出了一种新型双频输出匹配电路,包括谐波控制电路和基波匹配电路两部分.首先,通过调谐晶体管的谐波阻抗减小漏极电压和漏极电流波形的重叠,从而提高功放的效率;其次,通过公式推导得出双频阻抗匹配电路参数,将晶体管在两个频率下的最佳基波阻抗匹配至50Ω.为验证...     

A highly linear and efficient differential CMOS power amplifier with harmonic control

A 2.45 GHz fully differential CMOS power amplifier (PA) with high efficiency and linearity is presented. For this work, a 0.18-/spl mu/m standard CMOS process with Cu-metal is employed and all components of the two-stage circuit except an output transformer and a few bond wires are integrated into one chip. To improve the linearity, an optimum gate bias is applied for the cancellation of the nonlinear harmonic generated by g/sub m3/ and a new harmonic termination technique at the common source node is adopted along with normal harmonic termination at the drain. The harmonic termination at the source effectively suppresses the second harmonic generated from the input and output. The amplifier delivers a 20.5dBm of P/sub 1dB/ with 17.5 dB of power gain and 37% of power-added efficiency (PAE). Linearity measurements from a two-tone test show that the power amplifier with the second harmonic termination improves the IMD3 and IMD5 over the amplifier without the harmonic termination by maximally 6 dB and 7 dB, respectively. Furthermore, the linearity improvements appear over a wide range of the power levels and the linearity is maintained under -45 dBc of IMD3 and -57dBc of IMD5 when the output power is backed off by more than 5dB from P/sub 1dB/. From the OFDM signal test, the second harmonic termination improves the error vector magnitude (EVM) by over 40% for an output power level satisfying the 4.6% EVM specification.     

负载牵引法在开关类功率放大器设计中的应用

为提高开关类功率放大器设计的准确性,找出功放管的最优输出阻抗值,采用负载牵引法设计开关类功率放大器,得到最佳输出阻抗值,然后设计输出及输入匹配网络及谐波抑制网络,仿真结果输入功率为28dBm时,功率附加效率达到69．352％,表明功率负载牵引方法为改进开关类放大器设计,优化开关类功放管性能提供了快速而有效的方法,提高了大信号下模型的准确性。     

应用于4G-LTE无线通信系统的F类高PAE射频功率放大器

为了有效实现高谐波抑制并提高功率附加效率,提出了一种适用于4G-LTE无线通信系统的高效F类功率放大器。该功率放大器使用了低电压p-HEMT晶体管和小型微带抑制单元,能够在低射频输入功率下产生n次谐波抑制和较高的功率附加效率（power added efficiency,PAE）。采用谐波平衡法对提出的功率放大器进行了仿真分析,并对其进行了实际制造。通过实际测量对仿真结果进行了验证。测量结果显示,提出功率放大器的工作频率为1.8 GHz,带宽为100 MHz,平均PAE为76.9％,且具有2V的极低漏极电压。射频输入功率范围分别为0-12 dBm时,最大输出功率和增益分别为23.4和17.5 dBm。     

基于低通滤波匹配网络的双频功率放大器设计

提出了一种基于低通滤波匹配网络的高效率并发双频功率放大器设计方法。将连续F 类与连续逆F 类功放模式相结合,在保证效率的前提下拓展了阻抗设计空间,同时在谐波范围内引入多个传输零点,完成低通滤 波匹配网络的设计,对谐波进行抑制。为验证设计方法的合理性,设计制造了一款工作于1. 6 GHz 与2. 4 GHz 且带 宽超过200 MHz 的并发高效率功率放大器,在两频带内具有超过66%的功率附加效率以及超过40 dBm 的输出功 率,其相邻信道泄漏比也优于-25 dBc。     

基于双向牵引与谐波抑制的Doherty功率放大器设计

为了提高功率放大器(Power Amplifier,PA)的效率,提出一种基于双向牵引与谐波抑制的对称式Doherty功率放大器(Symmetrical Doherty Power Amplifier,SDPA)结构。该结构在经典DPA 的基础上,首先利用多谐波双向牵引技术获得功放的实际最佳阻抗,然后对主辅功放的二、三次谐波进行抑制,降低了漏极电压电流的重合,最后通过添加补偿线调节主辅功放的功率分配,使得功放整体获得最大的效率。为了验证上述谐波抑制理论与双向牵引技术的正确性,采用GaN 器件设计了一款应用在4G 基站的SDPA。测试结果显示:SDPA 在2.6 GHz 处的小信号增益为12.6 dB,2.5-2.7 GHz 频段内的增益平坦度为±0.75 dB,频带内的S11小于-11.9 dB,在三载波测试时经过数字预失真(Digital Pre-Distortion,DPD)系统纠正后的相邻信道泄漏比(Adjacent Channel Leakage Rate,ACLR)约为-45 dBc,SDPA 在峰值功率点附近的功率附加效率(Power Added Efficiency,PAE)接近60%,在回退点处的PAE约为48%。实验结果验证了该设计方案的可行性。     

UHF宽带线性功率放大器设计

针对电磁环境模拟器应用设计了一个全固态UHF波段多级宽带线性高功率放大器。驱动放大器工作在A类，末级放大器以三个AB类功放模块频域分段覆盖工作频段，通过控制PIN开关切换。末级输出接低通滤波器改善谐波。实测从400MHz～1250MHz，功放的1dB压缩点功率为25W（44dBm），二次谐波低于-40dBc，输出功率在38dBm时双音测试三阶交调（IM3）优于-44dBc。     

宽带射频功放晶体管非线性输出电容研究

分析了GaN(氮化镓)HEMT(高电子迁移率晶体管)非线性输出电容Cout与宽带功放效率的关系。通过建立非线性电路模型分析得出,利用Cout控制漏极端电压电流波形能减轻对谐波阻抗的精确要求,使高效率阻抗区域扩大化,从而使宽带功放匹配变为可能。选用GaN HEMT器件设计2~3 GHz频段射频功率放大器,实测结果为该放大器最高漏极效率(DE)为81.7%,功率附加效率(PAE)78.3%,功率为40.75 dBm。在1 GHz带宽内PAE也可达65%以上。实测结果验证了原理分析的可靠性,提出的方法不仅可用于宽带GaN功率放大器设计,对其他类型的微波功放设计同样有借鉴作用。     

应用于S频段的宽带高谐波抑制的F类功率放大器的设计

采用InGaP/GaAs HBT工艺设计了一个适用于S频段的宽带F类功率放大器,管芯大小为3×3×0.82mm3。为了同时实现高谐波抑制和宽带,在宽带匹配电路中使用了谐波陷波器。在1.8~2.5 GHz范围内,该匹配网络的输入阻抗约为一个常电阻,二次谐波阻抗约为零而三次谐波阻抗接近无穷大,因此提高了功率放大器的效率。输入测试信号为连续波,测试结果表明该功率放大器在1dB压缩点下的输出功率约为34dBm,PAE约为57%,2到4次谐波分量功率均小于-53dBc。     

基于GaN HEMT的高线性星载Doherty功率放大器设计北大核心CSCD

在射频通信链路中,功率放大器决定了发射通道的线性、效率等关键指标。卫星通信由于是电池供电,对功率放大器的工作效率要求比较高。文章基于GaN HEMT晶体管采用对称设计完成了一款高效率的Doherty功率放大器。测试结果表明:该Doherty功放的功率增益大于29 dB;1 dB压缩点功率(P_(1 dB))大于35 dBm;在35 dBm输出时,其功率附加效率(PAE)大于47.5%,三阶交调失真(IMD3)大于35 dBc;在功率回退3 dB时,其PAE大于37%,IMD3大于32 dBc。     

一种基于阻抗缓冲匹配技术的高效率Doherty放大器

为了在功率回退时满足功率放大器对高效率的要求,提出了一种采用阻抗缓冲匹配技术的Doherty功率放大器。通过负载牵引仿真,得到功放管的最佳基波和谐波负载阻抗。在此基础上,采用一种谐波控制阻抗匹配网络设计方法来设计主/辅路放大器的输出匹配网络,实现了高回退效率。为了验证该方法的有效性,设计并实现了一个1.635 GHz高效率Doherty功率放大器。测试结果表明,该放大器的饱和功率大于44 dBm,峰值效率为75%,6 dB功率回退时的效率为70%。该方法能有效提高Doherty功率放大器的回退效率。