可重构多波段功率放大器设计与研究

为满足现代无线通信系统对多模式多制式功放的要求,提出了一种基于谐波抑制且双开关控制的可重构多波段功率放大器设计方案。利用单刀单掷PIN开关调节输入匹配网络中的可变电容,实现了三个频段处输入匹配网络的自由切换;利用单刀三掷开关控制带有谐波抑制的三路输出匹配网络,功放可工作在三个频段并提高了整体效率。为验证上述方案的可行性,采用型号为CGH40010F的GaN晶体管设计了一款工作在1.75 GHz、2.1 GHz和2.6 GHz的可重构功率放大器。制作了实物并测试,测试结果表明,在三个频段处功放的增益均大于10.2 dB,效率大于41.5%,输出功率约为38 dBm。满足基站对功放多模式多制式的要求,为无线系统模块设计提供了一种新颖的功放结构。     

F类可重构功率放大器设计

针对F类功放并根据可重构理论,文中设计了一种基于PIN开关的新型谐波控制网络。该谐波控制网络主要通过调节PIN开关工作状态来实现不同频率下多项谐波分量的控制,以此来提高功放的整体效率。基于此新型谐波控制网络,采用CREE公司的CGH40010F GaN HEMT晶体管设计了一款工作在1.75 GHz和2.45 GHz的F类可重构功率放大器,并进行了加工测试。实测结果表明,在1.75 GHz和2.45 GHz工作频率下,饱和输出功率大于40.5 dBm,最大漏极效率大于69%,增益高于10.3 dB,带宽大于200 MHz。     

基于GaN 的3. 4~ 3. 6 GHz 高增益Doherty 功率放大器

基于两级功率放大器架构,设计了一款平均输出功率为37 dBm(5 W)的高增益Doherty 功率放大器。 该器件通过增加前级驱动功率放大器提高Doherty 功率放大器的增益,采用反向Doherty 功率放大器架构,将λ/4 波 长传输线放置在辅助功放后端,相位补偿线放置在主功放前端,并使主功放输出匹配网络采用双阻抗匹配技术实现 阻抗变换,如此可扩宽功率放大器的工作带宽。连续波测试结果显示:3. 4~3. 6 GHz 工作频段内,饱和输出功率在 44. 5 dBm 以上,功率饱和工作点PAE 在43. 9%以上;在平均输出功率(37 dBm,5 W)工作点,回退量大于7. 5 dB,功 率附加效率PAE 为36. 8%以上,功率增益在31 dB 以上。     

C波段GaN HEMT内匹配功率放大器

基于通信对功率放大器的宽带和高效率的需求,给出了一款C波段GaN HEMT内匹配功率放大器的设计过程。该器件由2个3 mm栅宽的GaN功率管芯和制作在Al_2O_3陶瓷基片上的输入输出匹配电路组成。通过调节键合丝和电容,实现了功率放大器在4.4~5.0 GHz,5.2~5.9 GHz和6.0~6.6 GHz三个典型工程应用频段的设计,功放在这3个典型工程应用频段内输出功率均大于43 d Bm(20 W),附加效率大于60%,功率增益大于10 d B,充分显示了GaN功率器件宽带、高效率的工作性能。     

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。     

一种适用于功率放大器的InGaP/GaAs HBT预失真电路

提出了一种具有串、并联负反馈网络的有源预失真电路,对其工作原理进行了分析.基于AWR MicrowaveOffice软件的仿真结果表明:该预失真电路能够产生增益扩展与负相位偏差,可将其用于补偿功率放大器后级电路产生的增益压缩和正相位偏差,提高功放的线性度.将该预失真电路作为输入级设计了一款功率放大器,并基于截止频率为29.5GHz的2 μm InGaP/GaAs HBT工艺成功流片,测试结果表明:在3.5 V偏置电压下、1.5～1.8 GHz频段范围内,功放的功率增益可达27dB,P1dB为28 dBm,最大功率附加效率为36%.     

高效率双频连续F类功率放大器的设计

为满足多标准和多频段无线通信的需求，针对特定频段如何提高效率问题，基于连续F类功放的谐波控制理论，提出了一种高达三次谐波控制的双频功放设计方法，实现了两个频段的高效率性能。首先，分析了电流源平面的各次谐波阻抗，基于连续F类阻抗设计空间的灵活性，设计的双频谐波控制网络将二次谐波控制在短路点附近，同时将三次谐波控制在开路点附近，可提高任意两个频段功放的效率。随后，针对传统耦合器基频匹配网络在多频匹配方面的不足，提出了改进的双频阻抗匹配网络，简化了匹配方法并实现了不同频点的最佳基波阻抗同时匹配到标准的50Ω。最后，使用Cree公司的CGH40010F GaN HEMT设计了一款工作在1.8和2.6 GHz的双频连续F类功率放大器，并进行测试，结果显示在1.8和2.6 GHz的饱和输出功率分别为40.6 dBm和39.5 dBm,最大功率附加效率分别为75.4%和74%,最大漏级效率均大于75%。测试结果表明，所提出的双频谐波控制网络设计方法在提高功放效率方面具有显著优势。     

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%。     

L频段GaN宽带功率放大器设计

针对宽带功放率放大器的设计难点,提出了一种负载牵引技术与Smith圆图匹配工具相结合,谐波平衡仿真与Momentum版图仿真相结合的方法,设计了一款应用于L频段的宽带功率放大器,该功率放大器采用Ga N HEMT设计制作。经测试,功率放大器在L频段内输出功率大于150W,功率增益大于10d B,效率大于50%。     

基于GaN HEMT的高效率Doherty功率放大器设计

通过分析传统Doherty功放的负载调制网络存在的带宽限制和晶体管输出电容对于效率的影响问题。利用改善阻抗变换比和补偿载波功放晶体管的输出电容的方法提出一种新型负载调制网络,使用GaN HEMT晶体管并基于此网络设计完成了一款高效率的Doherty功率放大器。该Doherty功率放大器采用不等分结构设计。此外,采用阶跃式阻抗匹配方法设计主辅功放的输入输出匹配网络来拓展Doherty功放的工作带宽。测试结果显示,在2.8~3.2 GHz频段内,饱和输出功率达到45 dBm,饱和漏极效率65%~73.18%。功率回退6 dB时,漏极效率在45%~50%之间,功率回退9 dB时,漏极效率在38.94%~44.68%之间。     

基于PIN开关的可重构双波段功率放大器设计

为满足5G通信中多标准、多模式系统对功率放大器的需求,提出了一种新型的可重构双波段匹配电路结构.首先,在输出匹配网络中加入分布式PIN开关,通过开关的闭合与断开实现两个双波段输出匹配电路的良好匹配;然后,基于带通滤波器理论设计的宽带输入匹配网络,能够实现1.5～2.5 GHz频段内的良好匹配.为验证方法的有效性,采用C...     

A 65 nm CMOS fully-integrated dynamic reconfigurable differential power amplifier with high gain in both bands

A fully-integrated dual-band dynamic reconfigurable differential power amplifier with high gain in 65 nm CMOS is presented. A switchable shunt LC network is proposed to implement the dual-band reconfigurable operation and achieve high gain at both low and high frequency bands, and the high quality on-chip transformers are utilized to implement input/output impedance matching and single-ended to differential conversion. Measured results show that the dual-band dynamic reconfigurable power amplifier can provide 23 dB gain at 2.15 GHz and 21 dB gain at 4.70 GHz, and achieve more than 19 dBm saturated output power at 2.15 GHz and 13 dBm saturated output power at 4.70 GHz, respectively. The die area is about 1.7 mm×2.0 mm.     

双频带可重构功率放大器设计

为解决5G无线通信系统中频谱资源日益紧张的问题,提出了一种新颖的双频带可重构电路结构. 该结构在输出匹配上使用PIN开关控制支路的工作状态,可完成不同工作波段的切换. 首先,基于宽带滤波器理论设计了输入匹配,实现了1.5~4.5 GHz的良好匹配;然后使用LC谐振理论和π等效,将集总电路转化为分布电路,优化了电路在高频处的性能;最后,设计并制作了一种部分覆盖L、S和C波段的可重构功率放大器. 测试结果表明:在1.50~2.85 GHz时输出功率大于39.5 dBm,功率附加效率（power added efficiency,PAE）大于39.5%;在3.15~4.50 GHz输出功率大于38.1 dBm,PAE大于43.5%. 测试结果满足设计要求,验证了理论的正确性. 该结构综合了可重构和宽带技术的优点,对无线通信系统未来的发展有着重要的意义.     

A 77 GHz FMCW radar transmitter with reconfigurable power amplifier in 65 nm CMOS

A frequency modulated continuous-wave (FMCW) radar transmitter in 65 nm CMOS is presented. The transmitter consists of one FMCW signal generator, one reconfigurable power amplifier and bias circuits. FMCW chirp signal comes from a sigma-delta modulated fractional-N phase-locked loop (PLL) with an integrated digital triangle-wave generator to control the output division-ratio of the sigma-delta modulator. A four-way power combining power amplifier is employed to improve the output power with a reconfigurable output power to satisfy different detection distance requirements. The measured results show that the chirp bandwidth achieves 2 GHz, from 76 GHz to 78 GHz, and the power amplifier achieves 13.1 dBm output P1dB with 8.1% PAE. The power amplifier and FMCW signal generator consume 228 mW and 56 mW power, respectively, with a 1.0 V power supply. The core die area is only 2.6×0.88 mm².     

基于GaAs PHEMT工艺的60~90GHz功率放大器MMIC

研制了一款60~90 GHz功率放大器单片微波集成电路(MMIC),该MMIC采用平衡式放大结构,在较宽的频带内获得了平坦的增益、较高的输出功率及良好的输入输出驻波比(VSWR)。采用GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)标准工艺进行了流片,在片测试结果表明,在栅极电压为-0.3 V、漏极电压为+3 V、频率为60~90 GHz时,功率放大器MMIC的小信号增益大于13 dB,在71~76 GHz和81~86 GHz典型应用频段,功率放大器的小信号增益均大于15 dB。载体测试结果表明,栅极电压为-0.3 V、漏极电压为+3 V、频率为60~90 GHz时,该功率放大器MMIC饱和输出功率大于17.5 dBm,在71~76 GHz和81~86 GHz典型应用频段,其饱和输出功率可达到20 dBm。该功率放大器MMIC尺寸为5.25 mm×2.10 mm。     

Push-pull power amplifier integrated with microstrip leaky-waveantenna

An X-band active integrated antenna push-pull power amplifier is presented that uses a dual feed microstrip leaky-wave antenna for both out-of-phase power combining and second harmonic tuning. This novel structure results in a compact and high efficiency power amplifier design. At the operating frequency of 8.7 GHz. A maximum measured PAE of 54% at an output power of 38.1 dBm has been achieved     

A 200 GHz Monolithic Integrated Power Amplifier in Metamorphic HEMT Technology

A millimeter-wave monolithic integrated circuit power amplifier operating in the frequency range between 186 and 212 GHz is presented. The amplifier, dedicated to high-resolution imaging radar and communication systems, is realized in a 100 nm gate length metamorphic high electron mobility transistor technology. The three-stage design with four parallel transistors in the output stage achieves a linear gain of more than 12 dB and provides a saturated output power of more than 9 dBm and 7 dBm at 192 and 200 GHz, respectively.      

一种基于包络跟踪的宽带Doherty放大器设计

效率可重构宽带Doherty在实际应用中需要手动调节主功放的漏压和辅助功放的栅压,包络跟踪是解决此问题的有效方法。然而,包络跟踪设计比较复杂。为此,提出了线性映射的设计方法,设计实现了1.0~1.4 GHz包络跟踪宽带Doherty放大器,在10 dB大回退范围较固定偏压Doherty放大器效率提升了8%。同时,包络跟踪显著降低了手动调节偏压的人力和时间成本,仿真结果验证了设计的有效性。     

应用于C-X-Ku波段的宽带功率放大器

采用0.25μm AlGaAs/InGaAs/GaAs PHEMT工艺技术,研制出了6～18GHz三级MMIC全匹配宽带功率放大器单片.在6～18GHz的工作频率下,放大器的平均功率增益为19dB,输出功率大于33.3dBm,在10GHz处有最大输出功率34.7dBm,输入回波损耗S11低于-10dB,输出回波损耗S22低于-6dB.与报道的C-X-Ku频段宽带功率放大器相比,有较好的功率平坦度.