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。     

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。     

一种对负载不敏感的高功率平衡功率放大器

针对卫星通信终端,采用功率合成架构设计了一个高输出功率的平衡功率放大器。功率合成架构通过在两路放大器的输出匹配网络中引入±45°的相移,可使该平衡功率放大器具有对负载失配容忍度更高和对负载变化不敏感等特性。该平衡功率放大器采用InGaP/GaAs HBT工艺,工作电压为5 V。测试结果表明:在1.5~1.7 GHz频段内的增益为32 dB左右,饱和输出功率为38 dBm,功率附加效率为43%,当负载失配时仍能保持良好的射频特性。     

Q波段宽带四倍频放大组件研究

Q波段(33~50 GHz)比Ka波段(26.5~40 GHz)频率更高,对这一波段国内研究较少。该文设计了一种Q波段宽带四倍频放大组件,该组件包含两级二倍频器、两级之间的带通滤波器和一级毫米波功率放大器,最后通过微带到波导过渡输出。设计宽带带通滤波器的目的是为了抑制基波和三次谐波。测试结果表明,在33~50 GHz的输出频率范围内,输出功率大于10.5 dB,谐波抑制大于31.6 dBc。该倍频放大组件具有输出频带宽、体积小、输出功率高以及谐波抑制度高的特点。     

52 GHz平衡式二倍频器设计

为获得高频信号源,采用0.13 μm 的锗硅双极结型晶体管和互补金属氧化物半导体工艺设计并实现了一种高效率和高基频抑制的52 GHz平衡式二倍频器。二倍频器采用了差分共射-共基结构,且在输入端采用了一个单端转差分的巴伦,并利用二次谐波反射器减小反馈到输入的二次谐波对输出信号的影响,有效地提高了二次谐波输出功率。探针台测试结果表明,巴伦在2026.5 GHz范围内的插入损耗约为1 dB,且当二倍频器输入26 GHz信号,功率为0.5 dBm时,输出的52 GHz信号功率达到2.3 dBm,相应的基频抑制达到34 dBc,直流功耗约为21.8 mW,相应的功率附加效率为2.5%。这种二倍频器在达到高输出功率和高基波抑制的同时保持了较低的功耗。     

基于65-nm CMOS工艺的W波段两路电流合成型功率放大器的设计

采用三级差分共源结构设计了一种基于65-nm CMOS工艺的W波段功率放大器,并利用两路电流型功率合成结构进行功率合成以提升输出功率.为了同时实现单差分转换、阻抗匹配、直流供电,匹配网络采用变压器结构.仿真结果显示,在1 V的电源电压下,该功率放大器的小信号增益为12.7～15.7 dB,3-dB带宽为84～104 GHz,饱和输出功率为14.6 dBm,峰值功率附加效率为9.7%.该功率放大器具有良好的大信号性能,且芯片的核心面积仅为0.115 mm~2.     

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%。     

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。     

一款基于45 nm SOI CMOS工艺的高功率二倍频器

基于45 nm SOI CMOS工艺,设计了一款输出频率为10.04 GHz～19.26 GHz的高功率二倍频器。该二倍频采用push-push结构,能够滤除奇次谐波,留下偶次谐波。为了提高倍频管二次谐波的功率,将MOS管偏置在C类。在二倍频器的输入端,采用二次谐波短路回路来提高倍频转换增益;同时,为了实现巴伦中心交流接地及平衡信号,在巴伦中心抽头处加入了一个电容。后仿真结果表明：在输入功率为0 dBm下,3 dB绝对带宽范围为10.04 GHz～19.26 GHz,相对带宽为62.9%。在带宽内基波抑制达到了27 dBc以上。最大转换增益为4.9 dBm。直流功耗峰值为26 mW。其最大功率附加效率为15.4%。芯片核心面积仅为0.264 mm²。     

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。     

用于CDMA2000的射频功率放大器仿真实现

该文给出了一个适用于CMDA2000系统的射频功率放大器单片集成电路的实现。放大器采用了具有高线性度、高增益和高效率的砷化镓异质结双极型晶体管，包括驱动级和功率级两级。为了同时实现CDMA2000系统所要求的最大输出功率时的良好线性度和改善中等输出功率时的效率，使功率放大器工作在近乙类，并采用了自适应性无源基极电阻偏置技术来抑制由于近乙类工作造成的增益失真。考虑了寄生效应的后仿真结果表明。该功率放大器在1850MHz。码片速率为1．2288Mcps的混合移相键控调制信号的激励下，在CDMA2000系统要求的最大输出功率28dBm处PAE达到44．8％，增益为27．4dB，偏离中心频率1．25MHz处的ACPR为-47．9dBc。     

基于Sweet Spot的线性高效率功率放大器设计

该文通过IMD Sweet Spot解决高效功率放大器的线性问题,使功率放大器在保证一定线性指标时还保持了高效率。IMD Sweet Spot是由受偏置电压影响的小信号失真(弱非线性)和由器件的开启及饱和特性所决定的大信号失真(强非线性)相互作用的结果。通过改变偏置电压可以控制其弱非线性,从而控制IMD Sweet Spot的产生。寻求合适的偏置电压使得IMD Sweet Spot在增益开始压缩时产生,功率放大器可以有较高的效率,且线性较好。基于该原理设计的线性高效功放测试结果表明,在中心频率2.2 GHz处输出功率为37.1 dBm时,三阶交调失真分量(IMD3)和五阶交调失真分量(IMD5)均小于-30 dBc,此时漏极效率达到53.4%。     

高功率因数Boost-APFC电路仿真分析

为提高电路的功率因数,降低谐波对电路的干扰,使用功率因数校正集成电路UC3855设计以升压电路为主电路的有源功率因数校正电路,利用UC3855中电压环和电流环的双环控制原理,对环路器件参数进行设计,使输入电流跟踪输入电压,达到与输入电压同相位.该设计方法提高了变换器的功率因数和效率,并有效地抑制了谐波和噪声,使功率因数提高到0.99以上,总谐波畸变率小于0.5%.对设计的仿真证明了设计的可行性.     

微波高功率固态放大器技术综述

微波集成电路在民用和军用电子中起到至关重要的作用.在微波集成电路领域,高功率的功率放大器为发射机提供足够的信号功率输送到自由空间中,是其不可缺少的关键部件.基于学术研究和商用产品线情况,综述了微波功率放大器芯片的发展情况.首先讨论了各种微波毫米波功率放大器的制造技术,按照半导体器件可以归类为砷化镓、氮化镓、互补金属氧化物半导体和锗化硅等;接着讨论了微波芯片功放的设计技术用以满足高功率、宽带和高效率的指标要求;最后总结了各类微波固态功率放大器的工艺和设计技术,为芯片设计人员提供了全面的设计参考.     

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。     

基于改进SVPWM永磁直线同步电机直接推力控制

针对传统空间矢量脉宽调制（SVPWM）永磁直线同步电机直接推力控制系统响应慢、逆变器开关损耗大、输出电流谐波含量高、系统效率低、推力脉动大的问题,建立了逆变器损耗模型,推导出损耗以及谐波含量关系式,得出损耗和谐波含量最小时的零矢量最优分配方式,提出最小损耗SVPWM方法,并采用定子电流最小控制代替系统定子磁链给定值.通过Matlab/Simulink仿真实验比较了传统方法和本方法在不同速度时加载不同负载的系统损耗和效率以及在电机起动和突加负载时系统的响应能力和推力脉动,并分析了两种方法的逆变器输出电流谐波含量,证明了本方法的有效性与可行性.     

串并联谐振高频交流电源研究

介绍了高频交流配电系统的电源——高频串并联谐振变换器电路,分析了其工作原理,介绍了参数选择方法,并针对稳态分析了输出电压的有效值,总谐波含量以及变换器的效率。     

高频高压电子束焊机电源的研制

传统的工频整流式电子束焊机高压电源体积和重量均很大,输出电压电力的控制动态误差大、效率低、谐波严重.基于高频斩波的电子束技术,我们研制了我国第一台60kV/6kW的全数字逆变式电子束焊机高频高压电源样机.该电源采用20kHz高频斩波调压技术,以IPM模块为全桥逆变元件,实现了高压电源的高频小型化.控制系统采用数字信号处理器（DSP）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）等芯片组成电路,实现了电源的自动调节、过压过流保护及高压自放电快速恢复功能.用该电源系统取代电子束焊机原有的高压电源进行焊接试验,测试表明,该电源的各项性能指标均已达到设计目标,并满足焊接工艺的实际要求.