宽带固态功率放大器的设计及实现

宽带固态功率功率放大器是固态发射机中的关键部件,广泛应用于软件无线电电台、有源相控阵雷达、综合化航空电子设备等领域中。以一款新研制的S波段宽带固态功率放大器为例,介绍了超宽带固态功率放大器的设计理论和方法,并用微波仿真软件ADS对功率管的输入、输出阻抗匹配电路及其偏置电路进行优化仿真设计。通过制作并测试此放大器,验证了该设计方法的可行性。最后,给出了测试数据它在2GHz～4 GHz的频带范围内,输入功率为25mW时,输出功率大于10W,带内功率起伏小于1.5dB。     

AlGaN/GaN异质结肖特基二极管研究进展

氮化镓GaN(gallium nitride)作为第三代半导体材料的代表之一,具有临界击穿电场强、耐高温和饱和电子漂移速度高等优点,在电力电子领域有广泛的应用前景。GaN基器件具有击穿电压高、开关频率高、工作结温高、导通电阻低等优点,可以应用在新型高效、大功率的电力电子系统。总结了AlGaN/GaN异质结肖特基二极管SBD(Schottky barrier diode)目前面临的问题以及目前AlGaN/GaN异质结SBD结构、工作原理及结构优化的研究进展。重点从AlGaN/GaN异质结SBD的肖特基新结构和边缘终端结构等角度,介绍了各种优化SBD性能的方法。最后,对器件的未来发展进行了展望。     

GaN基电力电子器件关键技术的进展

氮化镓GaN(gallium nitride)材料非常适合应用于高频、高功率、高压的电子电力器件当中。目前,GaN功率电子器件技术方案主要分为Si衬底上横向结构器件和Ga N自支撑衬底上垂直结构器件2种。其中,横向结构器件由于制造成本低且有良好的互补金属-氧化物-半导体CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor)工艺兼容性已逐步实现产业化,但是存在材料缺陷多、常关型难实现、高耐压困难以及电流崩塌效应等问题;垂直结构器件能够在不增大芯片尺寸的条件下实现高击穿电压,具有非常广阔的市场前景,也面临着材料生长、器件结构设计和可靠性等方面的挑战。基于此,主要针对这两种器件综述介绍并进行了展望。     

面向5G基站的射频功率放大器设计与实现

近年来随着 5G 基站的全面投入使用,针对 S 波段功率放大器的各项指标又提出了更高的应用需求。 为了满足高增益, 高效率,宽频带、大功率、小型化等需求,本文在阶跃式匹配电路的基础上,采用并联开路微带线的方法,设计了一款工作在 3. 4~ 3. 6 GHz 的射频功率放大器。 本次设计所采用的设计方法解决了晶体管动态阻抗难以精确测试,仿真与实测存在差距等 问题。 在本设计中,输入输出匹配网络采用并联开路微带线并且通过改变开路微带线的物理长度与宽度,使匹配网络处于动态 匹配状态,有利于后期调试电路,从而确定最佳匹配电路。 同时,微带线的采用使得整个电路更加小型化。 为验证方案的可行 性,本文采用了 CREE 公司的 CGHV40030F 晶体管设计了一款工作在 3. 5 GHz 的射频功率放大器,并进行硬件制作与测试。 仿 真与测试结果均表明,该设计方法易于电路调试,便于准确地确定匹配网络,实测结果逼近仿真结果,幅度失真小于 1,相位失 真小于 5°/ dB,S11 小于-5. 1 dB,S12 大于 18. 3 dB,输出功率大于 45 dB,增益大于 12 dBm,漏极效率大于 66%等各项性能指标 良好。     

基于GaN的并联反激均衡器的设计分析

分析寄生电感与结温对GaN并联电路的性能影响。首先理论分析寄生电感与结温的影响情况,得出这些因素与电路损耗的关系式;并且结合仿真,测试出该变换器的电压电流图像。基于并联反激均衡器理论分析与仿真电路的结果进行研究分析,得出了电路PCB的布局方案和电路的控制策略,能够更好地解决电路的延迟、振荡和不均衡的现象。最后通过设计出来的样机,与Si的电路和不同负载情况,对比分析电路的稳定性能与均衡性能,验证所得到的布局方法与控制策略能够降低寄生电感与结温对于电路的影响情况。     

X频段固态功率放大器的设计与实现

功率放大器是数传发射机中的关键部件,它制约整个系统性能.采用集成电路与分立元件相结合的设计思想,依据功率放大器的匹配理论对电路部分进行设计,采用微波电路仿真软件SERENADE对电路进行了仿真与优化.经测试,功放的T作频段为7.9～8.3 GHz,线性增益大于34 dB,驻波系数小于1.5,1 dB压缩点的输出功率大于...     

一种用于反无人机设备的三频段功率放大器

在现有双频匹配理论的基础上,设计了一种可同时工作在1.5/2.4/5.8 GHz三个频段的射频功率放大器。为满足对抗无人机的实际应用需求,首先匹配2.4 GHz和5.8 GHz两个频率,然后匹配1.5GHz,并设计相应的三频段输入输出匹配网络,完成了三频段功率放大器整体电路的设计。ADS仿真结果表明,当输入功率为28 dBm时,在三个频段设计的射频功率放大器的输出功率分别为39.88dBm、40.94 dBm和39.25 dBm,效率分别达到了46.52%、60.54%和39.40%。该功率放大器可应用在基于信号抑制或信号欺骗的反制无人机设备中,提升放大器效率与设备集成度。     

可重构宽带功率放大器设计

随着未来无线通信需求的增长,通信系统需适用更多的频带和标准。 针对可重构功率放大器各模式下工作带宽窄的缺 点,本文基于简化实频技术和可重构理论,提出了一种拓展可重构功率放大器工作带宽的设计方法。 通过在可重构理论中融入 简化实频法的宽带设计方法,在设计过程中加入新的误差函数,对可变模式下的可重构电路结构进行判别,进而实现可重构宽 带功率放大器设计。 为了验证该方法的有效性,并满足实际设计指标,采用中国科学院微电子研究所自主研发的 LDMOS 晶体 管设计并制作了适用于 GSM 网络和 LTE 网络的一个频率可切换的宽频可重构功率放大器。 测试结果表明,该可重构功率放大 器在不同模式下可分别工作在 0. 6~ 1. 1 GHz 和 1. 1~ 1. 6 GHz 频段,饱和输出功率超过 40 dBm,漏极效率(DE)在 50% ~ 60%之 间。 因此,本文提出的设计方法可以降低可重构宽带功率放大器的设计难度,较好的发挥晶体管性能,降低成本,在实际基站射 频电路设计中具有很好的应用意义。     

基于GaN HEMT的半桥LLC优化设计和损耗分析

较之于传统硅器件,新出现的增强型氮化镓晶体管GaN HEMTs(gallium nitride high electron mobility transistors)具有很高的开关速度和高功率密度的特性,可以为直流变换器提供有效的改进。为了解决GaN HEMT在硬开关应用场合下的波形振荡并提高功率密度和效率,采用半桥LLC谐振变换器为本次应用的拓扑结构。以减小损耗为目的,优化了LLC的谐振参数和死区时间。在400 V输入电压、开关频率300 kHz和输出电压18 V电流12 A的测试条件下,效率达到95.59%。最后对变换器的损耗来源进行分析,损耗的理论计算值接近实际测量值,证明了方法具有一定的实用性。     

星用S频段20W高增益线性化功率放大器的研究

为了满足卫星通信的特殊需求,研制完成了一款S波段高增益线性化固态功率放大器。固放输出功率为20 W。为了解决高增益的要求,固放内设计完成了小信号的高增益MMIC电路,固放增益达到95 dB,但仍能稳定工作。为了提高固放的线性度,在固放中设计预失真电路,改善了固放的线性化指标:IMD3(三阶交调)改善了3.5 dB,NPR改善了约2.1 dB,满足了系统的使用要求。固放主要包括两部分:小信号部分(LPS)采用MMIC器件,优化了整机体积和重量;高功率部分(HPS)采用内匹配的砷化镓场效应晶体管。通过优化放大器的工作点,减小器件端口阻抗失配,提高了放大器的工作效率5%。经过最终测试结果对比,固放性能优良,几乎达到国外同类产品的指标。     

基于预失真的GaN功率放大器线性化方法研究

射频功放在放大信号时的非线性使信号放大后产生失真,严重影响通信系统性能。主要针对射频功率放大器的三阶互调失真优化,提出了一种新型的模拟预失真器。融合了完全匹配的IMD3产生器、二次消基频概念,有效地消除了IMD3产生器的基频,降低了基频对三次谐波的干扰。电路设计引入了功率推动概念和双环结构,大大优化了L频段GaN功放的IMD3分量,提升功放线性度。使用ADS2009U1软件仿真实验证明,在950 MHz单音测试下,系统整体效率可达52.1%。在945 MHz和955 MHz双音测试下,IMD3增加了15 dB。该预失真器实现了在低效率损耗下对线性度的优化。     

A-Doherty功率放大器的仿真设计

随着3G技术的发展,传输速率的提高,新的调制方式的应用,信号的功率峰均比相当高,因此对基站的线性度要求越来越高.传统的AB类、前馈等功率放大器虽能满足线性的要求,但难以满足系统功耗的要求.以Doherty的理论为基础,以ADS为设计工具,采用了功放管双向牵引优化方法提高单管功率放大器效率,通过对晶体管的双向牵引(源牵引...     

Base coupled differential amplifier: a new topology for RF integrated LNA

A new topology of bipolar low noise amplifier (LNA) for RF applications, named base coupled differential (BCD), is presented. The proposed approach is compared by simulation against most classical topologies. The BCD configuration has the key advantage to join an integrated matching on a single‐ended input with a differential output. This is done by using down‐bond wiring, so that no integrated inductors are needed. The main advantages of this new topology are a drastic area reduction and an increased linearity range (or a reduced biasing current with the same linearity) together with a noise figure (NF) and voltage supply reduction. Particularly, the BCD LNA presented in this paper has been designed for 2.44GHz frequency operation. It is characterized by a NF of 1.93dB, a voltage gain (Av) of 19.5dB, an input impedance of 50Ωa third Input‐referred Intercept Point (IIP3) of ‐7.25dBm and a dissipated power (PD) equal to 19mW. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于GaN器件的PFC设计

针对氮化镓GaN(gallium nitride)功率晶体管在AC-DC变换器当中的应用进行设计。首先,在了解GaN器件的基本特性后,通过LTspice仿真软件搭建了PFC电路,分析了GaN寄生参数对驱动电路的影响,得出的结果对PFC的PCB布局有明显的帮助,应尽量减小驱动器与GaN器件之间的距离,从而达到降低寄生电感的作用;然后,对高频Boost PFC电路进行了分析以及电感和电容的设计;最后,通过仿真验证了设计的正确性,并以UC3854为控制器搭建了1台2.5 kW 500 kHz的高功率密度PFC样机,测得的驱动波形稳定。     

大功率低频、超低频放大器实现途径及特点

提出了关于无线电低频、超低频频段大功率放大器的实现方法,并介绍了4种放大器的特点.低频、超低频放大器随着应用的发展,所需要的功率等级越来越大,从20世纪50～60年代的几十千瓦到现在的几百千瓦、几兆瓦,尤其是军事、导航和高频加热等领域,几兆瓦的需求比比皆是,放大器的功率从小到大,到超大功率在迅猛地发展.就此提出了基于4...     

基于GaN器件大功率双向DC/DC变换器的设计与仿真

介绍了一种新的高功率双向隔离式DC/DC变换器作为高功率转换系统的主要电路.DC/DC变换器使用基于氮化镓(GaN)的功率开关器件.对10 kW GaN大功率DC/DC变换器的拓扑结构进行了优化、参数化和分析,并通过仿真和实验验证了其有效性.它由使用新型的GaN晶体管组成的两个单相全桥电路、两个输入/输出电感和一个高频...     

采用超级电容器供电的功放电源系统设计

为了解决功放变压、整流、滤波式电源的直流电压不稳定和便携式蓄电池电源充电时间长、使用寿命短等问题,分析研究了超级电容器储能系统的优点,提出一种采用超级电容器供电的功放电源系统。采用四个超级电容器组构成两组正负电源,通过智能控制使两组电源轮流充放电,能够很好地解决上述问题,具有良好的使用前景。     

0.03～4.5GHz超宽带低噪声放大器设计与实现

采用负反馈和均衡器结构,选用Avago公司生产的增强型高电子迁移率晶体管ATF55143,利用ADS软件设计、仿真和优化,最终实现了一款覆盖0.03~4.5 GHz频段的低噪声放大器,该模块中的低噪声放大器使用分立元件搭建,匹配电路调试灵活,满足了模块对输入输出驻波的高要求。其增益大于25 d B,平坦度小于等于±0.9 d B,噪声系数小于1.2 d B,输入输出驻波比小于1.75。该放大器模块体积小巧,成本较低,调试灵活,可望在通讯领域得到广泛应用。