LDMOS微波功率放大器研制及线性化研究

摘要

高输出功率、高效率、高增益和高线性度的微波功率放大器可以广泛应用于移动通信的基站和数字发射机以及军事技术领域中。 为了设计频率在1600 MHz～1630 MHz范围的大功率、高增益、高效率的微波功率放大器，本文采用了2-tone负载牵引法得到所用LDMOS微波功率晶体管的输入和输出阻抗。在晶体管绝对稳定性分析的基础上，采用共轭匹配法设计出匹配电路网络。采用基于全波算法的矩量法（MOMENTUM），该方法能产生准确的电磁模型并考虑耦合和寄生效应，得到匹配网络更准确的MOMENTUM元件，用在电路设计中以提高设计的准确性。进行ADS仿真，对比采用MOMENTUM元件和理想元件两种情况下功率放大器（PA）的大信号输出结果，验证了设计的三级LDMOS微波功率放大器是正确的。最终成功设计出PldB大于30 W、功率增益在1580 MHz～1650 MHz频率范围内增益保持在50 dB以上和PAE大于30％的三级LDMOS微波功率放大器，得到了三级放大器的版图。根据设计的版图制作出三级功率放大器的实物。 对微波PA的AM-AM和AM-PM非线性现象进行了分析，采用载波复幂级数法分析PA的非线性特性，弥补了常用的泰勒级数法只能分析AM-AM的不足，能同时准确的计算PA的AM-AM和AM-PM特性。计算得到了用来消除PA非线性的反载波复幂级数（ICCPS）。根据所得ICCPS，利用二极管非线性特性设计出结构简单、易于实现的预失真器，对其进行了定量分析。给出了电路模型的准确表达式，得到了幅值、角度等参数的精确值。该预失真器用来改善自己设计的LDMOS微波PA的非线性。ADS仿真结果表明，IMD3改善了26 dB，验证了分析和设计的准确性。

目录

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第一章绪论

§1.1微波功率放大器的广泛应用

§1.2微波功率放大器的研究进展

§1.3课题来源和研究意义

§1.4本文的主要工作和内容安排

第二章微波功率放大器设计的基础理论

§2.1二端口微波网络的S参数

§2.2微波功率放大器的稳定性分析

§2.3功率放大器的匹配网络的设计

§2.4完全共轭匹配

§2.5直流偏置网络设计

第三章三级LDMOS微波功率放大器设计

§3.1微波功率放大器的分类

§3.2微波功率放大器的性能指标

§3.3 LDMOS微波功率放大器的设计指标

§3.4 LDMOS晶体管的选择及特点分析

§3.5三级LDMOS微波功率放大器的设计

3.5.1放大级功率放大器的设计

3.5.2负载牵引理论

3.5.3稳定性设计

3.5.4匹配网络的设计

3.5.5 MOMENTUM法设计匹配网络

§3.6 ADS谐波仿真

§3.7驱动级的设计

第四章LDMOS微波功率放大器线性化研究

§4.1线性化研究的意义

§4.2 PA的非线性特性分析

§4.3 PA非线性的载波复幂级数分析

§4.4 PA的几种线性化方法

4.4.1功率回退法

4.4.2负反馈法

4.4.3前馈法

4.4.4预失真法

§4.5预失真线性化设计与实现

第五章微波功率放大器的调试及测试

§5.1 PA调试的重要性及注意的问题

§5.2 PA自激振荡的产生及解决

5.2.1自激振荡的产生原因

5.2.2判断自激的方法

5.2.3高频自激振荡采取的措施

§5.3三级PA的调试

5.3.1直流工作点的调试

5.3.2匹配的调整

5.3.3微波功率放大器的下一步测试及分析

第六章总结

致谢

参考文献

作者在读期间的研究成果