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。     

高效率低谐波失真宽带功率放大器设计

基于连续型功率放大器理论,提出一种高效低谐波失真宽带功率放大器的设计方法,并采用GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件设计了验证电路。结合连续型功率放大器理论和多谐波双向牵引技术,找到一簇最佳负载阻抗值,并运用切比雪夫低通滤波器形式的阻抗变换器设计宽带匹配网络。偏置电路采用双扇形开路微带线和滤波电路相结合的方法进行设计,以减小电路尺寸和扩展具有高输入阻抗偏置电路的带宽。实验结果表明,在1.7~2.7 GHz工作频带内,功率附加效率为50%~60%,输出功率大于4 W,增益为(14±0.9)dB,二次谐波失真小于-25 dBc,三次谐波失真小于-60 dBc。     

C波段高效率GaN HEMT功率放大器

通过负载牵引测试验证了源端二次谐波对器件效率的影响,同时又进一步验证了输出谐波匹配对放大器的作用。基于此结果,研制了两款采用0.25μm工艺的GaN功率MMIC 4.0~5.6GHz高效率放大器芯片,芯片采用二级放大的结构。第一款输出级只考虑基波的匹配;第二款输出级匹配电路兼顾二次和三次谐波进行匹配。两款的末前级均考虑二次谐波的匹配,同时级间优化推动比,进一步提高效率。输入级和级间匹配电路采用有耗匹配,提高稳定性。芯片在4.0~5.6 GHz范围内漏压28 V,脉宽100μs,占空比10%条件下输出功率41dBm,功率增益20~21dB,功率附加效率分别在48%和45%以上。芯片面积3.9mm×3.3mm。     

S波段GaN高效率内匹配功率放大器的设计与实现

本文研究了一种S波段320W GaN内匹配功率放大器.该器件基于自主研发36V工作的GaN HEMT管芯.以负载牵引结果为出发点,运用电子仿真技术对管芯进行了基波匹配,并针对管芯二次谐波阻抗进行了匹配优化,最终用功率分配/合成器进行了四路功率合成.在工作电压36V,占空比20%,脉宽400μs测试条件下,3.0~3.5GHz频段内输出功率大于320W(55dBm),功率增益大于14dB,功率附加效率大于62%.     

一种L波段高效率阵列应用GaN功率放大器

设计了一种L波段高效率阵列应用GaN功率放大器,该模块包含基于谐波控制方法设计的高效率末级功率放大器和一个基于小信号S参数方法设计的高增益驱动功率放大器.高效率末级功率放大器最高效率达到82％.整个高效率功率放大器模块幅度一致性小于±0.35dB,相位一致性优于±3.6°,输出功率大于18W,效率大于52.8％.     

L波段高功率高效率功率放大器芯片设计

基于InGaP/GaAs HBT工艺,设计实现了一款L波段高功率高效率功率放大器芯片。该功率放大器利用预匹配电容与基极稳流电阻对功率放大器的基本功率单元进行设计,并对晶体管功率合成器电路进行了改进。仿真结果表明,在工作频段1 650 MHz处,小信号增益达到43.5 dB,输入输出回波小于-13 dB,饱和输出功率大于36 dBm,饱和功率附加效率大于53.8%,芯片面积仅为0.9 mm×0.7 mm。采用此改进设计后,该款芯片在较小面积内实现了较高的功率放大器效率指标。     

L波段高效率射频功率放大器的设计与仿真

射频功率放大器是无线通信系统中的重要组成部分,其工作效率直接影响着整个系统的耗能、稳定度和对电源散热装置的要求,提高射频功率放大器的效率,能够节约能源,降低功耗,因此实现射频功率放大器的高效率工作是目前射频功率放大器领域的热点问题之一。本文选用Freescale晶体管MW6S004N,借助ADS2013软件,采用负载牵引技术和源牵引技术得到最佳负载阻抗和最佳源阻抗,并用Smith圆图进行电路的匹配设计,对射频功率放大器进行了仿真和优化。仿真结果表明,在频率为1960MHz的L波段,输入功率为21d Bm时,射频功率放大器的输出功率大于36d Bm,功率附加效率大于50%。这种高效率射频功率放大器适用于WCDMA基站,对基站中高效率功率放大器的设计有着重要的参考价值。     

基于嵌套负载牵引技术的超宽带高效功放设计

提出了一种基于嵌套负载牵引技术的多倍频程功率放大器的设计方法。与传统的负载牵引技术不同,该方法考虑了基波阻抗与二次谐波阻抗之间的相关性,能够提供更精确的设计区域。它不仅可以研究带内谐波对功放多倍频性能的影响,而且可以改善设计空间,使宽带匹配网络设计更加方便。为验证该方法的可行性,设计并实现了一款超宽带功率放大器。实验结果表明,在0.3~3.2 GHz(相对带宽165.7%)频段内,漏极效率为61.8%~73.6%,输出功率为40.2~42.6 dBm,实现的功放面积为7.4 cm×3.0 cm,与其它性能相近功放相比,面积明显减小。     

S波段超宽带固态功率放大器的研制

本文结合一款新研制的S波段超宽带固态功率放大器,介绍了超宽带固态功率放大器的设计理论和方法,根据砷化镓场效应晶体管的小信号S参数和I-V曲线,用微波仿真软件对功率管的输入、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～4GHz的频带范围内,输入功率为40mW时,输出功率大于20W,带内功率起伏小于1.5dB.     

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。     

边缘宽度细化与交叉皮层模型结合的图像分割算法

针对弱边缘图像分割中交叉皮层模型产生目标几何尺寸失真等问题,提出了一种基于边缘宽度细化与交叉皮层模型结合的图像分割算法。该算法借助prewitt边缘算子和边缘斜坡模型,细化图像边缘宽度。在此基础上,利用二维直方图将交叉熵扩展至二维空间,以获得交叉皮层模型的最优分割阈值。实验结果表明,该算法不仅能克服边缘模糊的影响,对弱边缘图像进行精确分割,而且处理速度也大幅提升了。     

高效大功率速调管发射机的设计

针对大功率速调管发射机的设计,提出了具体的解决方案.着重讨论了全固态调制器和高压电源的设计方法.实测数据表明所设计的发射机的效率优于采用真空管调制器发射机的效率.     

采用噪声消除技术的3-5GHz CMOS超宽带LNA设计

设计了一种适用于超宽带无线通信系统接收前端的全集成低噪声放大器.该放大器以经典窄带共源共栅低噪声放大器为基础,通过加入并联负反馈电阻以扩展带宽,采用噪声消除技术优化噪声系数.低噪声放大器基于SMIC 0.18-μmRF CMOS工艺进行设计与仿真,仿真结果表明,在3-5 GHz的频带范围内,S11小于-13 dB,S22小于-11.8 dB,S21大于17.3dB,S12小于-32 dB,增益平坦度小于0.7 dB,最大噪声系数为2.9 dB,输入三阶截断点为-12.9 dBm.采用1.8 V电源供电,电路总功耗约为20.5 mW.     

基于双向牵引技术的射频功放设计与仿真

射频功率放大器是无线通信系统的核心部件,其输出功率和附加效率是设计的重点和难点,现有方法很难在功率和效率之间取得一致.为了解决这一问题,文中在综合考虑谐波分量以及负载阻抗、源阻抗对输出功率和附加效率影响的基础上,采用新型多谐波双向阻抗牵引技术,结合实例设计了一种高效率的射频功率放大器.在ADS中进行仿真,仿真结果表明功放在获得最佳附加效率的同时又有较高输出功率,证明了该方法的有效性.     

225-450 MHz宽带功放仿真与设计

本文设计了一款工作频段为225-450 MHz,输出功率为200 W的线性高效率功率放大器。设计上基于ADS仿真软件和LDMOS功放管大信号模型,提供了一种线性高功率放大器设计解决方案。首先是利用双音负载牵引得到功放管最佳匹配阻抗点,并基于频段阻抗采用传输线变压器与L型微带线混合匹配相结合方式设计了小型化的宽带匹配网络,最后通过联合仿真优化PCB版图,实现功放工程设计。实测功放输出功率53~55.2 dBm,IMD3为33.1~38.5 dBc,PAE为44.2~62.1%。     

基于负载牵引技术的射频功率放大器设计

本文描述了微波电路中基于负载牵引技术的WLAN功率放大器的设计方法。笔者采用CMOS工艺设计了两级差分放大电路,并对该差分放大电路进行负载牵引。在此基础上,我们设计了输入输出匹配网络,最后使用ADS软件进行整体仿真。结果表明,在1．8V电源电压下,放大器增益为29dB,1dB压缩点的输出功率为18．3dBm,功率附加效率为16．8％,满足系统指标要求。     

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。     

高效率Class F功率放大器的设计

本文基于InGaP/GaAs HBT(HBT为异质结双极晶体管)工艺设计了一款高效率的Class F功率放大器。文中首先描述了F类功率放大器的特点和电路原理,然后对放大器的设计过程如匹配电路设计技术、谐波抑制对功率效率的影响,以及偏置电路的设计等问题做了详细的讨论。测试结果表明,设计的功率放大器在电源电压为5V,输出功率为37dBm时,效率达68%。