基于推挽结构的射频宽带功率放大器的设计

摘要

随着通信产业的发展，无线通信在人类日常生活中的地位越来越重要，而无线收发模块作为无线通讯系统不可或缺的组成部分，日益受到人们的关注。无线收发系统中，功率放大器的线性度直接决定无线通信的有效性，同时它又是无线收发系统中耗能最多的部件，因此提高功率放大器的线性度和效率，成为无线通讯工程师的首要课题。
　　 为了设计出能够兼顾效率和线性度的高性能功率放大器，对各种类型的功率放大器进行了分析，其中，推挽类功率放大器表现出鲜明的优点。从而详细讲述了基于推挽式结构的功率放大器的工作原理、发展现状以及应用前景。基于此理论设计了一款新型的npn-npn推挽式射频功率放大器，分析了此推挽式结构的工作原理，理论估算了其各项性能指标。为了进一步提高此功放的功率附加效率，本设计构建了输入输出无损耗匹配网络。在理论估算成立的基础上，进一步采用微波仿真软件Microwave Office对电路进行优化和仿真，仿真结果表明该功率放大器在700MHz-1100MHz的频率范围内，功率增益为25dB，在1dB增益压缩点处，输出功率大于2Watt，功率附加效率为50％。在得到以上结果之后，采用发射极面积为40um2的砷化镓异质结双极型晶体管(GaAs HBT)工艺画出了版图，并进行版图后仿真。版图后仿真结果与电路仿真结果吻合，均满足设计指标，体现了推挽功率放大器的优越性。
　　 本课题采用砷化镓异质结晶体管工艺完成了兼顾高线性度和高功率附加效率的射频推挽式功率放大器的设计。分支放大电路的各个单元采用不同的信号放大器结构，巧妙实现了高线性度高功率附加效率的两级推挽式功率放大器，填补了国内推挽式功放电路的空白，继续深入研究必然能在GSM通信系统中得到很好的应用。