基于谐波抑制的内匹配高效GaN功率放大器设计

采用了内匹配技术和谐波抑制技术，设计并实现了一款 3.8ＧＨｚ~4.2ＧＨｚ的功率放大器设计，该放大器采用南京电子器件研究所自主研制的的GaN HEMT管芯芯片， 通过优化设计该放大器在10％的相对带宽、漏源电压28Ｖ、10％占空比的脉冲输入的工作条件下，实现了输出峰值功率Pout大于40Ｗ，漏极输出功率效率大于60％，充分显示了GaN功率器件宽带、高效和高功率的工作性能，具有广阔的工程应用前景。     

基于后匹配结构的Doherty功率放大器的设计

由于传统Doherty功率放大器存在诸多限制带宽的因素,本文通过后匹配结构代替传统Doherty功放四分之一波长线阻抗逆变器并且在饱和时将功放匹配到一个较低的阻抗值来减弱传统Doherty功放的宽带限制因素。此外还采用了阶跃阻抗低通滤波器做为主辅功放的输出匹配结构来扩展Doherty功放的带宽。设计中采用安捷伦公司的先进设计系统软件(advanced design system,ADS),选取Cree公司CGH40010F GaN HEMT晶体管。经过电路仿真和实物测试,最终实现了在3.2-3.6GHz饱和输出功率44dBm、漏极效率72%、增益9.5-15dB,回退6dB漏极效率在48%-56%。     

基于Wi-Fi6频段双频F类功放的设计

射频多频系统的应用越来越广泛,而功率放大器作为射频发射系统前端的关键部分,其效率和性能一直是设计的重点。本文设计了一种基于Wi-Fi6频段的高效率双频F类功率放大器。通过设计的双频谐波控制网络来精确的控制两个频率的二次和三次谐波,ADS中版图仿真结果显示该双频F类功放在2.4GHz-2.49GHz时,功率附加效率(Power added efficiency, PAE)超过67%,增益大于13dB,在5.725GHz-5.875GHz时,PAE维持在49%-52%,增益大于10.4dB,并且在两个频率的二次谐波和三次谐波都得了有效的抑制,满足射频前端发射机的性能要求。     

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GaN HEMT的S波段内匹配功率放大器设计

采用内匹配技术和平面功率合成相结合的设计方法,设计并实现了一款S波段功率放大器。在设计过程中,先通过预匹配电路将功率芯片的阻抗适当提高,进而利用Wilkinson功分器进行功率合成。该放大器基于中国电子科技集团公司第十三研究所自主研制的GaN HEMT管芯芯片。通过优化设计该放大器在25%的相对带宽、漏源电压28 V、脉宽8 ms和占空比50%的工作条件下,实现了输出峰值功率P out大于70 W,功率附加效率ηPAE大于54%,充分显示了GaN功率器件宽带、高效和高功率的工作性能,具有广阔的工程应用前景。     

L频段低谐波失真功率放大器的设计

针对L频段低谐波失真功率放大器的设计,进行线性与非线性电路分析仿真和电路的优化设计。从理论上分析了甲乙类功率放大器的谐波失真特性,通过采用具有抑制谐波特性的输出匹配电路以降低功放产生的谐波失真。测试得到电路的关键技术指标为:工作频率范围1 390~1 510MHz,增益35 dB,1 dB压缩点33 dBm,并获得了满意的谐波抑制指标,在1 480 MHz、输出功率33dBm时,二、三次谐波分别为-70 dBc和-63 dBc。结果表明在功放设计中,优化设计输出匹配电路可以有效抑制功放的谐波失真。     

基于最优匹配网络的宽带功率放大器设计

针对宽带功率放大器的需求,以及传统匹配网络只能用于实现窄带设计的现状,在匹配网络研究的基础上,提出了一种可行的、有效的宽带功率放大器匹配网络的设计方法。基于该方法,对最优匹配网络算法进行Matlab建模,并利用ADS软件进行了仿真和优化,实现了1~2.8 GHz宽带功率放大器。对设计的宽带功率放大器进行测试,结果表明,在1~2.8 GHz宽频带范围内,增益为27 dB,平坦度为±1 dB,输入回波损耗小于－10 dB,匹配性能明显优于其他类型的拓扑结构。该方法对于设计宽带功率放大器具有良好的应用价值。     

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%。     

双频高效功率放大器设计

为了提高多模通信系统前端放大器的利用率问题,基于复合左右手传输线的理论,提出了一种双频高效功率放大器的设计方法。采用负载牵引和源牵引法确定放大器高效工作状态的最佳负载阻抗和最佳源阻抗,利用复合左右手传输线的频率偏移和非线性相位来设计放大器匹配网络。通过ADS软件仿真,放大器同时工作在0．5GHz和1．2GHz的频率点时,输出功率分别为39．9dBm和37．9dBm,工作效率分别为55．7％和51．3％。     

9～15 GHz GaAs MMIC宽带高效率功率放大器

基于0.15μm栅长GaAs E-PHEMT工艺,设计了一款可应用于X波段和Ku波段的宽带高效率功率放大器.针对二次谐波会明显降低功率放大器效率的问题,采用四分之一波长微带线组成输出端偏置网络,将二次谐波短接到地,有效地提高了功率附加效率;通过分析匹配网络级数对宽带匹配的影响,输出匹配电路采用电容微带线组成的两级电抗网...     

一种双波段可重构功率放大器仿真设计

可重构输入匹配采用一种基于L型的电路结构,通过一个单刀单掷开关电路使该结构接入一段微带线,实现不同工作频率下输入阻抗的自动补偿.输出匹配实现并发双频段工作,在早期三段式微带线的基础上重新进行公式推导,提出了更易实现的四段微带线串联结构.该功率放大器采用了可重构结构与并发双波段匹配网络结合的方式,因此只采用了一个开关.电...     

并发双波段可重构功率放大器仿真设计

采用分布式PIN开关和并发双波段阻抗变换网络,实现了一种可重构高效率多波段功率放大器。与其他可重构放大器相比,该功率放大器降低了输出匹配电路的设计复杂度和开关对匹配电路的影响,有效节约了频谱资源,电路结构简单。双扇形开路微带线的使用拓展了高输入阻抗偏置电路的带宽。在进行匹配电路设计时,考虑了晶体管的寄生参数。仿真结果表明,该功率放大器具有高输出效率和良好的增益平坦度,验证了该方案的可行性。     

基于RF MEMS开关的新型双频带功率放大器

RF MEMS开关具有低损耗、低功耗、尺寸小和易于集成等优点而被广泛应用于各种可重构射频电路及系统中。通过分析比较电容并联式和串联式RF MEMS开关两种电路结构的射频性能,设计了一种基于RF MEMS开关的新型功率放大器,使用RF MEMS开关控制匹配网络来实现双工作频带的转换。结果表明,设计的功率放大器在2.35GHz和1.25GHz两个工作频带下,功率附加效率(PAE)和输出功率(Pout)可分别达到72%、67%及40.8、42.7dBm。该功率放大器具有较高的功率附加效率和输出功率,适用于多频带的射频系统,对RF MEMS器件在可重构系统中的应用具有一定参考价值。     

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。     

一种宽禁带器件的高效E类功率放大器设计

E类功率放大器是一种新型高效率放大器,属于开关模式功率放大器,其理论效率可以达到100%。可用于雷达、通信和电子对抗等领域的末级功率放大器,是系统高效率、高功率和小型化功率放大器的重要途径。通过分析其工作原理,设计了一款L波段高效E类功率放大器,输出功率大于10 W,实际漏极效率达到74.8%。     

一种S波段E类GaN HEMT功率放大器设计

并联电路E类功率放大器(PA)具有结构简单和高效的优点,因而被广泛应用。针对并联电路E类PA存在带宽较窄、效率较低的问题,对其输出匹配网络提出了一种改进方案。采用混合式π型结构作为PA的输出匹配网络,在较宽的工作带宽内完成了最佳阻抗与标准阻抗的转换,有效地抑制了二次谐波分量,提高了电路的效率。为了验证所提出理论的有效性,基于0.25 μm GaN HEMT工艺设计了一种结构简单、高效率和高功率的单片集成E类功率放大器。版图后仿真结果表明,在2.5～3.7 GHz工作频率范围内,输出功率大于40 dBm,功率附加效率为51.8%～63.1%。版图尺寸为2.4 mm×2.9 mm。     

一种宽带高效率J类功率放大器的设计

针对未来无线通信系统中的宽带和效率问题,设计了一种宽带高效率的J类功率放大器。为了减少谐波阻抗对效率的影响,该J类功率放大器在输出匹配网络中采用了谐波控制单元,并通过对晶体管模型的简化,综合出一种较好的匹配网络。另外,在输入匹配网络中,使用了具有宽带效应的混合集中和分布元件的π形匹配网络。设计中使用10 W GaN HEMT晶体管对理论进行验证,测试结果显示,在2.2 GHz～2.8 GHz之间的频带内,J类功率放大器的漏极效率大于61%,增益大于10.4 dB。该J类功率放大器在下一代无线通信系统中具有良好的应用前景。     

基于GaN HEMT的混合EF类功率放大器设计

基于GaN HEMT 提出了一种3.5GHz 频率的高效率混合EF 类功率放大器。采用输出端并联谐振电感来补偿晶体管的输出电容,提高了混合EF类功放的工作频段,使其能在3.5GHz 频率下达到高效率。使用简单的微带传输线构成谐波控制和匹配网络,满足混合EF类功放基波、奇次谐波和偶次谐波的阻抗特征,同时完成与50Ω负载阻抗的匹配。测试结果显示,在3.3 ～ 3.8GHz 频段内,在1dB压缩点处输出功率达到40dBm,漏极效率75%～79%,增益11.5～12.3dB。     

基于平衡结构的高效率E类功率放大器设计

针对E类功率放大器输入输出回波损耗较大的缺陷,提出采用平衡结构的E类功率放大器的设计方法.仿真结果显示,在输入为28 dBm时,功率附加效率(PAE)达到最大(85.2％),集电极效率η为88.3％,输出功率为42.4 dBm;在320～360 MHz频率范围内,S11小于-19 dB,S22小于-15 dB,输入驻波系数小于1.3,输出驻波系数小于1.4;在325～355 MHz范围内,PAE达到60％以上,具有较大的高效率带宽.输出匹配网络采用二次谐波抑制技术,谐波失真得到较好的抑制,二次谐波失真达到-92.4 dBc.