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。     

一种改进LC匹配电路的Class-F射频功率放大器

为了改善传统F类射频功放LC输出匹配电路二阶阻抗不为零而造成的效率损害,提出了一种更加理想的新型LC输出匹配电路.根据双极型功放的特点,提出的新型LC输入匹配电路可以进一步提高输出效率.通过在Jazz SiGe BiCMOS 0.35μm工艺上的电路仿真设计表明,效率可以由63%增加到73%.工作在2.4GHz频段上的此F类功率放大器可以适用于采用非线性调制的射频发送端.     

一种大功率高效率的Ku波段SiGe硅功率放大器设计

采用SiGe BiCMOS工艺设计了一款大功率高效率硅基功率放大器芯片,用于驱动现有大功率GaN功率放大器芯片,满足相控阵雷达的低成本需求。该硅基功率放大器通过和低噪声放大器、驱动放大器、数控移相器、数控衰减器、单刀双掷开关、电源管理以及数字逻辑单元等硅基电路进一步集成,实现了一片式高集成度硅基幅相多功能芯片,从而降低了前端收发组件的尺寸和成本。在硅基功率放大器设计中,结合Stack结构、变压器耦合结构和有源偏置结构,开展电路设计及优化,提高了放大器的输出功率和效率。测试结果表明:研制的硅基功率放大器在Ku波段f_1~f_2(3GHz带宽)频带内,实现了小信号增益31dB;在-3dBm输入功率条件下,实现发射功率21.5dBm、功率附加效率(PAE)25%等技术指标。集成功率放大器的幅相多功能芯片在f_1~f_2(3GHz带宽)频带内,实现了发射通道增益24dB;在5dBm输入功率条件下发射功率21.5dBm、功率附加效率(PAE)23%等技术指标。     

一种用于北斗手持式终端的高功率放大器

采用完全对称的双链路功率合成架构,设计了一种 应用于北斗手持式终端的 高输出功率的功率放大器。采用F类输出匹配网络和自适应偏置电路,使得该功率放大器获得较高的功率附加效率和较好的谐波抑制性能。电路采用InGaP/GaAs HBT工艺流片,并通过搭载基板实现了集成化芯片的研制。芯片测试结果表明,该功率放大器的小信号增益为30 dB,1 dB压缩点为37 dBm,饱和输出功率为38 dBm,功率附加效率为45%,具有较好的谐波抑制性能。     

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。     

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。     

低电压高效率微波功率放大器研究与设计

介绍了一种应用于低电压的微波双极性晶体管放大器的电路设计方法。通过分析微波晶体管的模型,比较了小信号法、负载牵引法和文中使用匹配方法对输出功率、效率和线性度的影响。文中设计了一款可以用于GSM通信终端发射的功率放大器,并对采用3种不同匹配方式进行对比,仿真结果表明,文中所用方法输出功率和效率较高、线性度较好。     

InGaP/GaAs HBT微波功率放大器的设计

采用模拟退火算法提取出异质结双极晶体管器件的大信号Gummel-Poon模型参数,利用所提取出的模型参数设计出具有很低静态功耗的1900MHz两级AB类功率放大器.该功放的功率增益为26dB,1dB压缩点输出功率为28dBm,对应的功率附加效率和邻近信道功率比分别为38.8%、-30.5dBc,1dB压缩点处的各阶谐波功率均小于-40dBc.     

InGaP/GaAs HBT微波功率放大器的设计

采用模拟退火算法提取出异质结双极晶体管器件的大信号Gum mel- Poon模型参数,利用所提取出的模型参数设计出具有很低静态功耗的190 0 MHz两级AB类功率放大器.该功放的功率增益为2 6 d B,1d B压缩点输出功率为2 8d Bm,对应的功率附加效率和邻近信道功率比分别为38.8%、- 30 .5 d Bc,1d B压缩点处的各阶谐波功率均小于- 4 0 d Bc.     

一种高效率逆F类Doherty射频功率放大器

为了进一步提高射频功放的输出能力,基于GaN HEMT功率器件,采用平衡式结构设计了一款工作频率为3.3 GHz 3.6 GHz的高效率逆F类Doherty结构射频功放。参照功放管的寄生参数等效电路网络,为获得逆F类功放理想的开关特性,设计了具有寄生参数补偿作用的谐波控制网络来抑制功放输出端的二次、三次谐波,同时结合Doherty功放结构特点,使其在6 dB功率回退的情况下仍具有较高的输出效率。仿真后,可得到其在3.3 GHz^3.6 GHz工作频带内的输出功率在40.4 dBm^41.8 dBm内,PAE为66%~77%,最大DE达到82.6%,功率回退6 dB处,功放的DE仍在69%左右,增益平坦度约为±1.5 dB。     

GaN逆F类高效率功率放大器及线性化研究

效率和线性度是功率放大器的重要指标,也是设计的技术难点。该文设计了2.5-2.6 GHz高效率GaN逆F类功率放大器,其输入输出谐波匹配网络由解析的方法设计得到。单音测试结果表明,在2.55 GHz处,功放的漏极效率超过75%。为了建立逆F类功放的行为模型进行数字预失真,对传统的Hammerstein模型进行了改进,提升了模型拟合精度,对20 MHz带宽、峰均功率比为9.6 dB的16-QAM OFDM调制信号,结合峰值因子降低技术和数字预失真技术对逆F类功放进行线性化后,功放的相邻信道功率比(ACPR)优于-48 dBc。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

声纳功率放大器效率的研究

功率放大器是一种把直流能量转换为交流能量的能量变换装置.如何提高能量转换效率,是设计该类放大器的重点和难点.介绍了一种开关功率放大器,其能量转换效率可达90%.     

A modified class-F power amplifier with miniaturized harmonic control circuit

In this paper, a modified class-F power-amplifier (PA) for GSM applications is designed, simulated and tested. In this design, novel symmetrical meandered lines compact microstrip resonant cell (SMLCMRC), is proposed as a new harmonics control circuit (HCC), which resulted in size compression, power added efficiency (PAE) enhancement, power gain improvement, and better linearization in the PA. In this work both of the conventional class-F amplifier and proposed amplifier with SMLCMRC is designed at 1.8 GHz. The measurements show that the proposed PA with SMLCMRC has 72.54% maximum PAE, 17.13 dB gain and the 1 dB compression point (P1dB) is about 35.1 dBm. These results show, 16.5% improvement in PAE, 1.33 dB increment in gain and 1.1 dB improvement in linearity operating range of proposed amplifier compared to the conventional PA.     

多路大功率驱动放大电路的设计

介绍了一种多路大功率驱动放大电路。该电路由七组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及籍位二极管网络构成，具有同时驱动七组负载的能力，是一种单片双极型大功率高速集成电路，适用于各类要求高速大功率驱动的系统。其工作电压大于５０Ｖ，输出电流大于５００ｍＡ，开态延迟时间小于１．０μｓ，关态延迟时间小于１．０μｓ，电流放大倍数大于１０００，温度范围为－５５～１２５℃。