一种E类高效GaN HEMT功率放大器设计

功率附加效率是现代无线通信系统中一个重要的指标,较高的效率会大幅提高无线通信系统的运行时间,增强电池的续航能力,提高能源利用率,对移动通讯设备和移动安防设备而言,这几点尤为重要。文中以一款GaN HEMT功率放大器为基础,设计了一种简洁有效的E类功率放大器,用负载牵引技术和谐振器提高了器件的功率附加效率,在120～200 MHz近一个倍频程的工作频带内,实测功率附加效率均约达到74%,增益和输出功率分别约为13 dB和40 dBm。     

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。     

1.95GHz Doherty功率放大器设计

基于SMIC 0.18 μm RF CMOS工艺,设计了一款1.95 GHz的Doherty功率放大器.为了保持两路功放相位最大一致性,主功放(PA1)和辅功放(PA2)采用了同一种CMOS功率放大器,仅改变其偏压使其工作在不同模式.CMOS功率放大器为工作于AB类的两级放大电路,集成了输入和级间匹配网络;功分器以及λ...     

GaN 开关类功率放大器温度特性的研究

为了研究GaN 开关类功率放大器(PA)的温度特性,通过开展一系列的温度测试来研究温度变化对 该GaN PA 各个性能参数的具体影响。测试结果表明:首先,较高的温度(>80℃)会使GaN HEMT 的电特性发生严重恶化,进而导致器件的性能和可靠性显著下降。其次,对于该开关类GaN PA 来说,随着温度的持续升高,其功率附加效率(PAE)显著降低,不能再保持高效率。而且,随着温度的突变和冲击次数的增加,电路出现显著的退化甚至失效。这些都说明了温度的变化对PA 的性能产生了很大的影响,开关类PA 对温度的变化非常敏感,而且温度冲击对其性能影响更为显著。这些研究为PA 的可靠性设计提供了重要指导。     

改进型宽带Doherty功率放大器的设计

根据Doherty技术,设计了一款改进型宽频带功率放大器。在设计过程中,分析了λ/4线对Doherty功率放大器(DPA)的影响。通过对阻抗比的研究,在理论上延拓了功放的带宽。此外,应用不对称功率输入结构来克服阻抗比变化所带来的非理想调制效应。为了证明文中的理论分析,采用飞思卡尔公司的LDMOSFET功放管MRF6S20010,最终设计实现了一款工作于1 900～2 200MHz的宽频带Doherty功率放大器。测试结果显示,改进型宽带功放相对于传统Doherty功率放大器有很大的优势,可用于无线通信领域。     

基于负载牵引技术的基站功率放大器设计

为了快速准确地设计出高功率基站功放,在研究负载牵引测试系统架构、原理和工作流程的基础上,采用安捷伦公司的先进设计系统软件内置负载牵引模块,应用负载牵引法设计了一款用于基站系统的功放。对完成匹配的功放进行优化仿真,得到了满足设计指标要求的匹配参数,再根据这些匹配参数制作实际功放,并对该功放进行实际测试,测试结果满足高增益、高输出功率、高效率和高线性度的要求,故在预失真线性化基础上,该功放能很好地应用于基站系统中,提高系统性能。     

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。     

星载氮化镓功率放大器设计

介绍了星载L波段高效固态功率放大器设计。放大器由EPC电源和射频链系统组成。电源主要提供射频电路和低频控制电路所需工作电压,同时接受母线控制指令以及遥测数据。射频链由驱动级、中功率放大器和高功率电路组成,同时还包括控制电路、检波电路、隔离器等。为了获得大功率和高效率,整机中高功率模块采用CREE公司的CGH40045氮化镓器件为放大单元,利用其大信号模型和ADS电路设计软件,采用L型阻抗变换网络,把输出阻抗的虚部电抗结合到输出匹配电路中,完成基波匹配和二次谐波的调谐。设计中还包括消除低频和射频振荡的电路。在连续波测试中,末级放大器模块在Vds为28V、Vgs为-2.8V、工作频率1.2GHz条件下,模块输出功率58W,效率68%,增益为19dB。在100MHz带宽内,增益平坦度小于0.8dB。放大器整机在1.15~1.25GHz范围内输出功率大于50W,效率大于50%,整机增益大于47dB。在从-20~60°C全温范围内,放大器整机功率最大变化小于0.6dB。     

F类功率放大器漏极电压研究

F类功率放大器实现高效率的基本原理,是利用输出滤波器控制漏极输出的电压或电流波形。基于这一点,文中首先理论分析了在不同谐波比例下的漏极电压波形,然后利用电磁仿真软件进行验证。结果表明,仅有三次谐波和基波组合在一起时,当三次谐波和基波电压比K=0.111时,漏极电压波形最平坦;当K接近0.4时,漏极电压波形趋于方波。最后选择合适的谐波比例,设计了一款功率附加效率最大值达到88.074%的F类功率放大器。     

基于双向牵引技术的反向Doherty功率放大器设计

基于传统两路反向Doherty(Inverted Doherty PowerAmplifier,IDPA)在回退点处效率较低的缺点,提出了双向牵引技术与共轭匹配技术联合的设计方法,在传统反向Doherty设计方法上进行优化改进,研制了一款工作于TD-LTE频段(2570MHz~2620MHz)、结构新颖的高效率反向Doherty。实现了在保证高线性度的情况下,使得整体电路在峰值功率输出点以及回退点处都具有较高的效率。在中心频率为2600MHz的仿真结果表明,峰值输出功率(52dBm)和功率回退点(46dBm)处的效率分别高达54.9%和46.9%,回退点处的效率比AB类IDPA提高了14%,在5MHz偏频情况下,三阶互调分量为13.743dBm,与45.958dBm的基波功率相差32.215dB,符合现代功放在功率回退点处具有高效率和高线性度的设计要求。     

采用E类峰值放大器的反向Doherty功放设计

为获得更高的功率附加效率,采用了E类峰值放大器代替传统反向Doherty功放中的C类峰值放大器.E类峰值放大器的负载网络由一个阻抗匹配电路和两个谐波抑制电路组成.通过分析,得出了功放的设计步骤,同时为了证明分析的有效性,设计了一个工作在1.96GHz,输出为38dBm的带E类峰值放大器的反向Doherty功放.仿真结果显示,在输出功率为38dBm时,与平衡AB类功放和传统反向Doherty功放相比,带E类峰值放大器的反向Doherty功放分别有11.5%和1.1%的功率附加效率的提升.当输出功率从24dBm到38dBm变化时,测得的二次和三次谐波抑制分别大于36dB和30dB.     

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。     

基于负载牵引的S波段40W LDMOS功率放大器设计

摘要：针对LDMOS功率放大器在S波段的设计难点,文中介绍了基于负载牵引测试技术的LDMOS功率放大器设计方法。阐述了负载牵引的测试系统和测试原理,并对LDMOS预匹配管进行了负载牵引测试,利用测试结果设计了一个工作频率为2.7～3.1GHz的LDMOS功放。功放的测试结果显示,工作频带内输出功率大于40W,增益超过11dB,效率超过了40%。从而为LDMOS功率放大器在S波段的设计提供了良好的借鉴作用。     

AIGaN／GaN HEMT功率放大器设计

在小信号S参数不适于微波功率放大器的设计而大信号S参数不易获得的情况下，利用ADS软件，采用负载牵引法和输入端共轭匹配，成功的设计出AIGaN／GaN HEMT微波功率放大器。为了解决晶体管端口出现负阻的问题，设计了输入输出端并联电阻和反馈网络两种方法，最后得到理想的结果为：工作绝对稳定，带宽3．6GHz～8．0GHz，最高增益11．04dB，最大输出功率33dBm，最大PAE达到29．2％，电压驻波比较小。     

LDMOS线性微波功率放大器设计

LDMOS以其大功率、高线性度和高效率等优点得到广泛的应用.采用2-tone负载牵引法得到了LDMOS晶体管MRF18030的输入和输出阻抗.在对晶体管绝对稳定性分析的基础上,运用共轭匹配法设计出匹配网络,并将匹配网络转化为MOMENTUM元件运用在电路设计中,大大提高了设计的准确性.采用载波复幂级数法对PA的AM-AM和AM-PM非线性特性进行了准确计算,弥补了传统泰勒级数只能分析AM-AM的不足.得到了用来消除PA非线性的反载波复幂级数.根据所得反载波复幂级数,利用二极管非线性特性设计出一种新的结构简单、易于实现的预失真器,给出其准确的电路模型表达式,得到了幅值、角度等参数的精确值.ADS仿真结果表明,IMD3改善了27dB.最终,成功设计出大功率、高效率、高线性的LDMOS微波功率放大器.     

用于雷达的LDMOS微波功率放大器设计

硅LDMOS晶体管以其大输出功率和高效率等优点作为微波功率放大器广泛应用于雷达发射机中.在大信号S参数无法获得而厂家提供的1710 MHz～2110 MHz范围内的源阻抗和负载阻抗参数又不能用时,利用一公司的ADS软件,采用负载牵引法得到了输入和输出阻抗.在对晶体管绝对稳定性分析的基础上,运用共轭匹配,成功设计出P-1大于30W、功率增益在1580MHz～1650 MHz频率范围内、增益保持在30dB以上和PAE大于30%的2级LDMOS微波功率放大器.同时,得到了最终的版图并且运用MOMENTUM对它进行了2.5D仿真,得到了理想的结果.     

LDMOS微波功率放大器分析与设计

在对晶体管绝对稳定性分析的基础上,根据负载牵引得到的晶体管的输入输出阻抗运用共轭匹配,成功设计出2级LDMOS微波功率放大器,P-1大于45 dBm,在1580～1650 MHz功率增益30 dB以上,PAE大于30%.同时,得到了最终的版图并且运用MOMENTUM对它进行了2.5D仿真,得到了理想的结果.     

一种高频E类功率放大器设计方法

E类功率放大器(PA)具有设计简单和高效率的优点,然而频率较高时功率管的寄生输出电容大于E类功率放大器所需的电容,这个寄生输出电容导致E类功率放大器的效率降低.提出一种高频E类功率放大器的设计方法,使用负载牵引得到考虑寄生输出电容后的最佳负载阻抗,再结合谐波阻抗控制方法设计E类功率放大器.采用飞思卡尔的横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)功率管MRF21010设计了一款工作在930～960 MHz的E类功率放大器.测试数据表明,该功率放大器的输出功率为36.8 dBm (4.79W),具有79.4％的功率附加效率.     

基于X 参数晶体管模型的宽带功率放大器设计*

针对射频非线性行为建模技术,提出了一种与负载无关的晶体管X参数提取方法,并利用晶体管模型进行功率放大器设计。该方法在传统X参数提取过程中引入负载牵引技术,通过迭代获得与负载无关的晶体管X参数模型及其最佳负载阻值。与负载相关的X参数模型相比,该模型适用于分析设计电路,数据量小,步骤简单且周期短。将提取的X参数模型应用于宽带功率放大器设计,匹配网络采用切比雪夫低通滤波器形式,实测与仿真对比表明:在工作频带内,输出功率均大于4W,功率附加效率都超过45%,增益在14d B左右。由此验证所提出方法的有效性。     

串联偏置迭堆式毫米波功率放大器的设计

设计了一种串联迭堆式偏置供电的毫米波功率放大器,其漏极供电电压高达+24V。该功率放大器共包含4个单芯片功率放大模块,每个模块承受+6V左右漏极电压。功率合成网络采用一分四的E面波导功分器,模块与功分网络间相互绝缘连接。该功率放大器最终实现的性能指标是:在直流偏置点(+24V,4.2A)条件下,功率放大器在频段26～30GHz内其连续波饱和输出功率大于42.1dBm,功率附加效率大于11.0%。提出了一种毫米波发射机功率输出部分新的构架形式,在模块级别对功率放大器串联馈电进行了首次尝试。