基于谐波阻抗控制的宽带高效率功率放大器研究

摘要

功率放大器是无线发射机中最重要的部件之一，其效率直接决定发射机的功耗和成本。同时，在新一代无线通信系统中，信号带宽显著增加，LTE-Advanced系统的信号带宽可达100MHz。因此，宽带高效率功率放大器成为了研究热点之一，本文采用谐波阻抗控制技术研究宽带高效率射频功率放大器。
　　首先，在J类模式功率放大器基本原理的基础上，采用二次谐波阻抗控制和宽带基波匹配方案，设计了改进型J类模式宽带高效率GaN功率放大器，测试结果表明，在1.6-3.0 GHz频段内（相对带宽61％），平均漏极效率达到68.3％，输出功率均大于40.28dBm，增益大于14.7dB，特别是在1.6-2.8 GHz范围内，饱和输出功率在41.02-42.51 dBm之间，增益在15.6-17.8 dB之间，带内波动较小，宽带特性理想。
　　为了进一步提高重要频点（LTE/3G系统应用频点）的性能，本文应用并拓展了“模式转换类”功放的原理，采用多频点多模式的设计思想，依靠负载匹配网络对谐波进行控制，在宽带内多个特定频点变换功放工作模式，使得在宽频带内多频点实现高效率，能够覆盖多个LTE/3G系统工作频段，具有较高的应用价值。测试结果表明，该模式转换功率放大器在1.9GHz，2.0GHz，2.6GHz这三个主要频点上均能实现效率大于72％，在1.9-2.7 GHz内输出功率大于40dBm，增益14.6-16.9 dB。

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状与成果

1．3 本文的主要工作

第二章 射频功率放大器理论基础

2．1 主要技术指标

2．1．1 带宽与相对带宽

2．1．2 输出功率

2．1．3 效率和功率附加效率

2．1．4 增益和增益平坦度

2．1．5 线性度

2．2 射频功率放大器的不同工作状态与分类

2．2．1 传统线性功率放大器与开关类功率放大器

2．2．2 谐波控制类功率放大器

2．3 功放晶体管半导体材料介绍

第三章 J类功率放大器原理与基本设计

3．1 J类功率放大器理论

3．2 逆J类功放模式以及J类二次谐波阻抗的连续变换

3．3 基本J类功率放大器设计

3．3．1 设计思路

3．3．2 匹配网络阻抗值的确定

3．3．3 匹配网络设计

3．4 基本J类功放测试与分析

第四章 基于谐波控制和宽带匹配的J类功率放大器设计

4．1 J类功放传统设计思路和改进方法分析

4．2 宽带J类功放设计

4．2．1 CGH40010直流仿真和稳定性分析

4．2．2 晶体管封装等效寄生参数模型和去嵌套方法

4．2．3 宽带J类匹配网络设计

4．2．4 宽带高效率J类功放整体电路仿真

4．3 宽带高效率J类功放测试与分析

第五章 基于谐波阻抗控制的模式转换高效率功放设计

5．1 模式转换功率放大器设计思路

5．2 负载匹配网络设计思路

5．3 匹配网络设计方法

5．3．1 源匹配网络设计

5．3．2 负载匹配网络设计

5．4 多频点高效率功放测试结果与分析

第六章 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 宽带高效率功放设计的改进与展望

参考文献

致谢