微波等离子体光源可变增益功率放大器设计研究

摘要

微波等离子体光源（简称LEP）是一种由微波驱动的具有连续光谱的新型光源，诞生于上世纪九十年代。具有高效、节能、光谱连续近似自然光等优点，光效高达115-150lm/w。新型LEP光源以固体微波功率源模块提供微波能，微波功率源模块主要包括：扫频源、可变增益微波放大链路、耦合检波部分和控制部分。
　　本文主要研究用于微波等离子体光源的可调增益射频功率放大器，是可变增益微波放大链路中的前级部分，主要包括预驱动级、驱动级和电可调衰减器三部分，其主要为最后的末极放大器提供相应功率的输入信号，并根据反馈回路要求对输出功率进行自动调节。具体技术指标为：工作带宽420MHz~470MHz，输出功率大于30dBm，增益大于30dB，衰减量调节范围大于10dB。
　　本文从电路设计和板图方面对射频功率放大器进行了详细的分析，给出了射频功率放大器的一般设计方法；利用ADS软件仿真了功率放大器的稳定性、偏置电路、输入输出匹配电路，分别进行了小信号S参数仿真和大信号谐波平衡仿真；分析了电调衰减器的工作原理，仿真了电调衰减器在所用频率下的性能参数；使用Protel99软件布线设计板图。使用AutoCAD2004软件设计了结构件。
　　最后对本文设计的功率放大器进行了实际加工，并分模块调试了电源部分、预驱动级、驱动级和电可调衰减器，在各模块满足设计指标后对整体系统进行了测试。其中，电源部分需要五路电源，本文利用电源稳压芯片为其中的四路供电，另外一路单独供电；预驱动级部分，输出功率为3W时，功率增益约为15.8dB，输出功率4W时，功率增益约为14.3dB；驱动级部分，小信号增益较为平坦为20dB左右。输入功率超过-1dBm增益压缩较为明显，这与驱动放大器18.5dBm的P1dB一致，输入功率增大到3dBm时，增益压缩超过2dB，增益约为17.7dB；电可调衰减器部分，衰减电压分别选择0V和20V，衰减量分别为15.2dB和3.0dB。
　　最终整体系统的测试结果表明：在工作频带范围内，输入功率为0dBm时，输出功率均大于32.5dBm，增益大于32.5dB，衰减量调节范围大于12.2dB，系统满足设计要求。

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第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 射频放大器的研究进展

1.3 本文的主要内容和结构安排

1.4 本章小结

第二章 射频功率放大器的理论基础

2.1 二端口微波网络的S参数

2.2 功率放大器的类型

2.3 射频功率放大器技术指标

2.4 功率放大器的偏置和稳定性分析

2.5 功率放大器的匹配电路设计

2.6 本章小结

第三章 可变增益功率放大器的电路设计

3.1 可变增益放大器的设计指标

3.2 可变增益功率放大器方案

3.3 器件及介质基片的选择

3.4 可变增益功率放大器设计

3.5 本章小结

第四章 可变增益放大器PCB板和结构件制作

4.1 PCB板的制作

4.2 结构件的制作

4.3 本章小结

第五章 可变增益功率放大器的调试

5.1 电源部分的调试

5.2 射频电路部分调试

5.3 可变增益功率放大器系统测试

5.4 本章小结

第六章 总结和展望

致谢

参考文献