基于滤波匹配网络的连续逆F类功率放大器

为了满足功率放大器对高效率和宽带的要求,介绍了一种连续逆F类功率放大器设计方法。在分析连续逆F类模式的基波和谐波阻抗基础上,提出了一种阶跃阻抗匹配网络电路。为了验证方法的有效性,设计并实现了一个1.7~2.9 GHz宽带的连续逆F类功率放大器。测试结果表明,在工作带宽内,增益波动小于2 dB,饱和功率大于40.5 dBm,峰值效率为65%~76%。该方法为宽带高效率放大器设计提供了有益的参考。     

S 波段GaN HEMT 宽带逆F 类高效率功率放大器设计

提出一种宽频带GaN HEMT 逆F 类功率放大器设计方法,并完成S 波段高效率功率放大器的研制。首先对改进的GaN HEMT Angelov 大信号缩放模型进行分析,确定功放管栅宽模型参数;然后通过输出电容补偿、负载牵引技术获得最佳输入、输出阻抗,设计谐波控制网络实现对谐波阻抗的峰化;最后基于宽频带、高效率原则完成电路仿真版图优化。为验证该方法,基于国产GaN HEMT(栅宽1. 25mm)设计了一款中心频率2. 9GHz,带宽大于40% 的高效率逆F 类功放,测试结果表明频带内输出功率均大于3W、漏极效率达到60%。     

基于GaN HEMT 器件的宽带高效功率放大器

介绍一种宽带高效放大器设计方法,并基于GaN HEMT器件研制了宽带高效功率放大器。采用源牵引和负载牵引方法获得适应宽带条件的最佳源阻抗和负载阻抗,然后综合宽带匹配网络并实现测试电路设计。实测结果表明,该放大器在0.9～2.7GHz工作频带范围内,放大器输出功率均大于10W,工作效率在51%～72%之间,增益大于13dB。为改善放大器线性度指标,采用商用预失真芯片搭建简单的预失真电路对放大器进行线性化校正,并给出了详细的测试结果。     

0.4~2.2 GHz连续F类功率放大器设计

连续F类功放(PA)通过引入修正因子,减轻功放对基波和二次谐波阻抗的要求,从而扩展F类功放的带宽。本文在连续F类功放基础上,提出一种新型修正型连续F类工作模式。通过引入电阻性二次和三次谐波阻抗进一步扩展连续F类功放的设计空间,使其可实现多个倍频程带宽。基于此理论,采用负载牵引方法对基波和谐波进行最佳阻抗提取,结合实频技术设计功放匹配网络,实现了一款超宽带高效率功率放大器。该功放在0.4~2.2 GHz频段内,饱和输出功率为39.8~41.4 dBm,漏极效率在59%~79%之间,增益大于10 dB。仿真与测试结果良好,验证了该方法的正确性。     

基于阶梯阻抗变换器的宽带功率放大器设计

为满足汽车EMC测试系统对功率放大器带宽和效率的要求,采用阶梯阻抗变换器的宽带匹配方法扩展其带宽,设计了一款在一个倍频程内拥有良好效率和增益平坦度的宽带功率放大器.该放大器选用GaN HEMT晶体管进行搭建,采用负载牵引的方法对各频点基波最佳阻抗进行提取,选择阶梯阻抗变换器方法设计匹配网络,最终其仿真的性能达到汽车EM...     

一种连续F类/逆F类模式转换功率放大器

传统的F类和逆F类功率放大器的带宽不宽,且对于功放输出信号的谐波控制比较严格。在连续类功放理论的基础上,设计了一款在工作带宽内连续F类和连续逆F类模式转换的功率放大器。设计的功放采用了Cree 公司的CGH40010F GaN HEMT 晶体管。通过调整功放管输出端的谐波控制网络,控制谐波阻抗在Smith 圆图中位置分布,从而在带宽内同时实现连续F类和连续逆F类的工作模式。制作了测试板,结果表明在2.4～4.2GHz的带宽内,增益在11dB 以上,漏极效率为55%～82%,输出功率在39.5～41.9dBm。采用了10MHz 的LTE 单载波信号进行功放的数字预失真测试,功放的输出ACPR改善了6dB以上。     

基于变容管的0.5-1.2GHz宽带可调谐功率放大器设计

针对无线通信系统向多频、微型等方向发展的需求,基于负载牵引系统测试出的功率器件最大输出时的源阻抗和负载阻抗,采用基于变容管的频率调谐技术,输入输出匹配均采用可调谐匹配网络的形式,设计了一款在0.5-1.2GHz内可宽带调谐的功率放大器。测试结果表明,该功率放大器频率调谐比达82.3%,且在调谐频率范围内1dB压缩时的输出功率均大于32.1dBm,增益大于10.1dB,漏极效率大于38.4%。     

基于EFJ模式的宽带高效率Doherty功率放大器设计

将EFJ模式功率放大器应用于Doherty功率放大器的载波功率放大器,利用EFJ类功率放大器的阻抗特性改善了Doherty功率放大器的带宽。此外,还引入后谐波控制网络来提高Doherty功率放大器的效率。功放的输入匹配电路采用阶跃式阻抗匹配来进一步拓展工作带宽。使用CGH40010F GaN 晶体管设计并加工完成了一款宽带高效率Doherty功率放大器。测试结果显示,在3.2~3.7GHz 频段内,饱和输出功率达到43dBm,饱和漏极效率60%~72.5%,增益大于10dB。功率回退6dB时,漏极效率40%~48.5%。     

Doherty高效功率放大器的设计

根据Doherty技术设计并实现了运用于2010～2025MHz频段的高效率功率放大器。在设计Doherty放大器过程中采用了放大器单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(源牵引和负载牵引)仿真得到单管匹配优化网络,通过调节补偿线对Doherty放大电路进行整体优化设计。仿真结果表明,与传统的平衡式AB类放大器相比,在传输功率回退较大的高峰均比信号时,Doherty技术在功率附加效率上有10%左右的提高。得到实物测试结果为在输出功率回退6dB时,效率为30.1%,增益为9.9dB。该功率放大器结构简单,适用于无线通信领域。     

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。     

2~4 GHz宽带高效率功放的设计

针对宽带高效率功放的设计要求,基于宽带匹配网络设计了一款GaN宽带高效率功率放大器,其工作频率覆盖整个S波段。仿真结果显示,该功放在整个S频段内漏极效率(DE)大于62%,功率附加效率(PAE)大于57%,增益大于10.6 dB。实测结果表明,该功放在整个频段内DE大于54%,PAE大于48%,增益大于9 dB,增益平坦度在1 dB以内,实现了S波段高效率宽带功率放大器的设计。     

基于新型输出结构的宽带高效率功率放大器

提出一种具有新型匹配网络的宽带高效率功率放大器,以及利用开路扇形微带线构成的紧凑型输出匹配网络,并给出了阻抗推导过程。该输出匹配网络在一定带宽条件下能满足晶体管的高效率所对应的阻抗设计空间要求。为了进一步拓展带宽,采用阶跃式阻抗匹配方法设计输入匹配网络。通过理论分析与仿真,最后设计并制作了一款频段为1~3.1 GHz的宽带高效率J类功率放大器。测试结果表明,在该频段内漏极效率为61.4%~70.2%,输出功率为39.3~41.7 dBm,增益为9.3~11.7 dB。     

高效率开关F3/E类功率放大器

介绍了一种高效F3/E类功率放大器的设计方法,该放大器将F类功率放大器的谐波控制电路引入逆E类功率放大器的负载网络,以改善放大器性能。此电路结构提升了放大器的功率输出能力,降低了电路对功率放大器管器件漏极耐压特性的要求,增强了器件工作时的安全性。详细阐述了该放大器的设计过程,并给出了负载网络各器件的最佳设计取值方程。选用GaNHEMT器件研制了S频段F3/E类功率放大器测试电路。实测结果表明该放大器在驱动功率为27 dBm时,可获得40.3 dBm的输出功率,具有13.3 dB增益,工作效率高达78.1%,功率附加效率为75.2%。实测结果与仿真结果吻合,验证了设计方法的正确性。     

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%。     

基于负载牵引的S波段130 W硅LDMOS功率放大器研制

研制了具有高频、高增益特性的硅LDMOS芯片,利用切比雪夫变换电路设计了5Ω及10Ω的2套负载牵引夹具。采用大功率负载牵引测试技术进行了阻抗提取,完成了功率管内匹配及预匹配电路的设计,设计出一款工作频带为2.7～3.1 GHz的LDMOS宽带功率放大器。测试结果表明,放大器在32 V工作电压、100μs脉宽、10%占空比的工作条件下,输出功率大于130 W,增益超过12.5 d B,漏极效率达到46%以上。     

宽带F 类功率放大器的设计

提出了一款4G 频段全覆盖高输出功率高效率功率放大器。设计采用的是Cree 公司提供的GaN HEMT 晶体管CGH40025F。基于F 类功率放大器的设计理论,通过对晶体管的输入输出端均采用谐波控制网络,并将渐变式阻抗匹配这种宽带匹配方法应用到输入输出端的基波匹配当中。在实现二次谐波阻抗匹配至低阻抗区,三次谐波阻抗匹配至高阻抗区的同时基波阻抗被匹配至50Ω附近,从而有效提高了功率放大器的输出功率、效率和带宽。最终的测试结果表明在1. 7 ~ 2. 7 GHz 频率范围内,漏极效率维持在62. 55% ~ 76%,输出功率在20 ~ 41W,增益在10 dB 以上。仿真与实测结果基本一致。     

一种宽带CMOS低噪声放大器

基于130 nm CMOS工艺设计了一款宽带低噪声放大器(LNA),适用于Ka波段的5G应用。通过降低输入阻抗与最佳源阻抗的偏差以抑制噪声,该LNA实现了宽带的最佳噪声系数匹配。一方面,该LNA采用由LC串联组合和LC并联组合构成的宽带前端网络,在取得低噪声系数的同时,实现了宽带输入匹配;另一方面,通过体隔离技术和级间电感匹配技术提高了电路增益。同时,通过并联峰值负载技术,提高了LNA的带内增益平坦度。测试结果表明,该LNA的峰值增益为11.2 dB,-3 dB带宽为7.5 GHz(29.1～36.6 GHz)。噪声系数为5.9～6.6 dB,与仿真的最小噪声系数非常接近。输入反射系数(<-10 dB)带宽为6.7 GHz(28.3～35 GHz)。该LNA在1.2 V电源电压下功耗为9 mW,芯片面积为0.54 mm²。     

0.3～3.5GHz混合连续类功率放大器的设计

混合连续类相比较于传统连续类模型弱化了阻抗条件,简化了宽带匹配难度.该文通过采用混合连续类模型并基于阻抗缓冲概念为理论的新型谐波控制网络,设计了一款跨3个倍频层的混合连续类射频功率放大器.实测结果表明在0.3～3.5 GHz相对带宽为168.4％的频段范围内实现了漏极效率58.4％～72.6％,增益10 dB以上,输出功率为39.8～41.2 dBm.     

基于复合左右手传输线结构的多频高效功放

提出一种多频高效功率放大器的设计方法。采用源牵引和负载牵引确定最佳源阻抗和负载阻抗,使用复合左右手传输线实现多频匹配并抑制二次谐波。仿真结果表明,放大器在0.9GHz、1.4GHz、2.1GHz三个频点均可输出10W功率,增益为13dB,且具有60%以上的工作效率。     

高效率X波段GaN MMIC功率放大器的研制

突破了GaN MMIC功率放大器的设计、制造、测试等关键技术,研制成功X波段GaN MMIC功率放大器。设计及优化了电路拓扑结构及电路参数,放大器芯片采用了国产外延材料及标准芯片制作工艺。单片功率放大器包含两级放大电路,采用了功率分配及合成匹配电路,输入输出阻抗均为50Ω。制作了微波测试载体及夹具,最终实现了X波段GaN MMIC功率放大器微波参数测试。在8.7～10.9 GHz频率范围内,该功率放大器输出功率大于16 W,功率增益大于14 dB,增益波动小于0.4 dB,输入驻波比小于2∶1,功率附加效率大于40%,带内效率最高达52%。