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。     

F类与逆F类功率放大器的效率研究

为了对F类与逆F类功率放大器的效率进行研究,首先从理论方面对两种放大器工作模式各自的效率进行了计算。通过计算可以看出,在相同的输出功率下,因为晶体管导通内阻的存在,逆F类功率放大器的效率优于F类功率放大器。再通过软件仿真设计F类和逆F类功率放大器,在相同的输出功率下,逆F类功率放大器的最高漏极效率为91.8%,F类功率...     

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。     

S波段高效F类/逆F类GaN HEMT功率放大器设计

为了解决F类和逆F类（F-1类）功率放大器设计过程中受晶体管寄生参数影响,导致功放效率低以及输出匹配电路结构复杂的问题,提出了一种新型的输出匹配电路结构.首先,在直流偏置线中加入谐波调谐功能,避免单独设计谐波控制电路;其次,为满足F类和F-1类功放在器件本征漏极端所需的阻抗状态,匹配寄生参数呈现的封装端谐波阻抗,采用一段L型传输线结构代替传统的L-C集总元件寄生补偿方法;最后,由两段串联的传输线实现最优基波阻抗与50 Ω负载间的匹配.为验证方法的有效性,采用CGH40010氮化镓高电子迁移率晶体管（Gallium nitride high electron mobility transistor,GaN HEMT）器件,设计并加工了两款工作在2.4 GHz的F类和F-1类功放.测试结果显示:F类功放的峰值功率附加效率（power added efficiency,PAE）为75.5%,饱和输出功率为40.8 dBm;F-1类功放的峰值PAE为77.6%,饱和输出功率为40.3 dBm.该方法降低了电路复杂度和设计难度,可以较容易地补偿晶体管寄生参数,功放在高频工作时的效率得到提升,为利用GaN HEMT器件设计高效功放提供了一种可行的方案.     

基于阶梯阻抗匹配网络的连续逆F类功率放大器

为了满足移动通信系统中功率放大器宽频带和高效率的需求，采用阶梯阻抗网络实现宽带匹配电路，设计了一款高效率连续逆F类功率放大器。选用CGH40010F GaN HEMT晶体管，通过对连续逆F类功率放大器的理论分析，并且结合ADS负载牵引与源牵引仿真，提取各频点的最佳负载阻抗和源阻抗，设计阶梯阻抗匹配电路，最终实现了一款宽带高效率功率放大器。测试结果表明，该功率放大器在3.2～3.8 GHz频段内，增益大于14 dB,增益平坦度小于±0.4 dB,饱和输出功率为40.6～40.9 dBm,最大漏极效率为64%～68%。该功率放大器的测试性能良好，可以为宽频带高效率功率放大器的设计提供参考。     

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。     

采用寄生补偿的高效率逆F类GaN HEMT功率放大器

为了提高无线通信系统的工作效率,提出了一种基于逆F类结构的新型高效率功率放大器。结合功率晶体管的寄生参数,设计了一种添加了寄生补偿电路的输出端谐波控制网络,对2到5次谐波阻抗进行了处理。针对电路中寄生反馈元件的存在,在输入端对2次和3次谐波阻抗也分别进行了开路和短路处理。该功率放大器选用GaN工艺的HEMT器件作为功率晶体管,当工作在940MHz频率时,经测试所获得的最大漏极效率为87.4%,最大功率附加效率为78.6%,饱和输出功率为39.8dBm。     

高效率F类对讲机功率放大器的设计与实现

研究了F类射频功率放大器的电路结构与工作原理,并设计了一个工作频段为405～415 MHz、输出功率为30 dBm、功率附加效率达到65%的高效率低谐波失真的F类对讲机功率放大器.为了达到设计指标,设计采用了一些特殊的方法,包括采用两级单端结构功率放大器结构、F类功率放大器输出匹配网络,并针对谐波失真过大进行了片外滤波器的设计,有效地滤除了谐波(各阶谐波小于-69 dBc).最后采用2 μm GaAs HBT工艺F类对讲机功率放大器,经过对实际芯片的测试证明结果完全满足设计指标.     

一种高效率E-1 / F 类GaN HEMT 射频功率放大器

使用GaN HEMT 功率器件,设计了一款5G 低频段的高效率E-1 / F 类射频功率放大器。为降低晶体管寄生参数及高次谐波对逆E 类(E-1 )功放开关特性和输出性能的不良影响,将具有寄生参数补偿的逆F 类(F-1 )谐波控制网络引入逆E 类功放输出匹配电路中,实现了对二次谐波和三次谐波分别进行开路和短路处理,从而获得逆E 类功放要求的良好开关特性。同时,得益于逆F 类功放优良的谐波控制效果,改善了功放漏极电压和电流波形,大大降低其漏极峰值电压和电流,进而提升了功放的输出性能。实测结果表明,该功放在3. 3 ~ 3. 6 GHz 的300MHz 有效工作带宽内的功率附加效率为59. 1% ~ 71. 4%,最大漏极效率高达75. 6%,输出功率在40. 2 ~ 41. 5dBm之间,增益平坦度在依1dB 以内。最后利用20 MHz 带宽的单载波LTE 信号作为测试信号,基于广义记忆多项式数字预失真器对该功放进行线性化后,功放输出的邻信道功率比改善了近15 dB。     

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。     

C波段高效率逆F类GaN MMIC功率放大器

为了解决晶体管寄生参数对逆F(F-1)类功率放大器效率的影响,采用了一种新型的输出谐波控制结构。首先,设计二次和三次谐波控制电路,同时将直流偏置电路加入二次谐波控制电路,降低了电路设计的复杂度。其次,为了解决寄生参数对F-1类功放本征漏极端阻抗的影响,采用一段串行微带线进行寄生补偿。最后,通过微带线和电容进行基波和负载之间的匹配。为验证方法的有效性,采用0.25 μm氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)工艺,设计了一款工作在5.7 GHz~6.3 GHz的F-1类微波集成电路功放。版图后仿真结果显示,F-1类功放的漏极效率DE为57.2%~62.3%,功率附加效率PAE为51.8%~57.4%,饱和输出功率为39.0 dBm~40.4 dBm,增益为9.0 dBm~10.4 dBm。版图面积为3.2×1.7 mm²。     

高效率F类功率放大器设计

F类功率放大器是一种高效率的放大器,其理论效率可以达到100%,在无线通信领域中有着广泛的应用和广阔的发展前景。简要阐述了F类放大器的基本理论,并对其效率进行了分析。设计出了带有输入输出谐波控制的高效率F类功率放大器,仿真结果表明在工作频率1 GHz时,输出功率为38 dBm,功率附加效率为74%;输出功率和功率附加效率都优于同条件下的B类功率放大器。     

一种F类宽禁带高效功率放大器的设计

F类功率放大器是一种新型高效率放大器。可用于雷达、通信和电子对抗等领域的末级功率放大器,是现代电子设备高效率、高功率和小型化功率放大器的重要途径。分析了其工作原理和设计方法,并设计了一款S波段高效F类功率放大器,输出功率大于10 W,实际效率达到75%,增益大约12 dB,实测结果验证了仿真设计的有效性。     

2.65GHz双级高效、高增益F类开关功率放大器设计

在F类功率放大器的基本工作原理和设计方法的基础上,采用开路枝节微带线匹配的方法实现了F类功率放大器所需要的谐波阻抗匹配,并采用GaN HEMT晶体管设计制作了应用于无线通讯领域的双级高效高增益F类功率放大器。在2.65 GHz工作频率,该功率放大器具有65.69%功率附加效率(PAE)、20 dB的功率增益和10 W输出功率。该功率放大器的实测结果与电路仿真结果相吻合,证明了使用该方法设计F类功率放大器的有效性。     

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。     

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%。     

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。     

基于逆F类的非对称Doherty功率放大器设计

随着5G时代的到来,大容量、高速率通信使得信号具有很高的峰均比。本文设计了一款工作在n78频段的大回退、高效率的逆F类(F^-1)非对称Doherty功率放大器。在载波功放、峰值功放的负载牵引中加入F^-1类谐波抑制网络,使其成为具有高效率的F^-1类功放,并且将载波功放后的阻抗逆变器改变为多阻抗匹配网络以提高回退过程中的效率。仿真结果表明在3.4-3.6GHz频段内,F^-1类非对称DPA饱和输出功率在41dBm左右,饱和平均效率大于70%,回退6dB时平均效率在50%以上,回退9.5dB时平均效率仍在43%以上。     

350 W双频带非对称Doherty功率放大器设计与实现

基于南京电子器件研究所0.5μm GaN HEMT工艺,设计了一款工作在1.8 GHz/2.3 GHz的大功率双频带非对称Doherty功率放大器。采用改进型的双频匹配网络结合双阻抗匹配的方法进行输出匹配电路设计,降低了传输线参数计算的复杂度,节省了电路的设计面积。实测结果表明,功放在两个频段内饱和输出功率分别为55.6 dBm和55.4 dBm,饱和漏极效率分别高于67%和66%。功率回退8 dB时,漏极效率分别为56%与53%。同时,在2.05 GHz附近的输出功率与漏极效率远低于两个工作频段,使功率放大器实现了较好的带间隔离性,满足了移动通信系统双频段工作的需求。     

逆F类高效氮化镓Doherty射频功率放大器设计*

逆F 类功放在接近饱和区工作时效率很高,将其与Doherty 功放结构相结合,可以实现一种在大功率回退的情况下仍然具有很高效率的射频功率放大器。本文设计了一款基于GaN HEMT 晶体管的高效率的逆F 类Doherty 功率放大器,工作频带为910MHz-950MHz。单音信号测试结果显示,在930MHz 处,功放回退7.5dB 后漏极效率仍高达64.2%。使用3 载波WCDMA信号作为测试信号,利用数字预失真技术进行线性化后,功放输出信号的上下边带邻信道功率比(ACPR)分别为-35.39dBc 和-35.9dBc。