CRLH电路在F类功率放大器中的应用研究

摘要

功率放大器(功放)是许多射频、微波系统中的关键组成部分。随着功放应用的发展,系统对功放的体积、效率提出了更高的要求。小型化、高效率的功放已成为一个重要的研究课题。
　　本文针对以上问题,论文中重点研究复合左右手传输线电路在小型化高效率F类功率放大器中的应用。将具有双频特性的CRLH传输线电路与高效率F类功率放大器相结合,以实现在保证高效率的同时进一步简化电路拓扑结构,减小匹配网络尺寸的目的。论文中同时提出利用CRLH传输线电路实现双频带F类功放,相比传统双频功放具有结构简单,占用空间小,成本低等优点。
　　本文具体的研究要点包括:
　　1.对F类功率放大器和复合左右手传输线的原理及特性进行了详细的研究讨论。设计了一款工作于5.2GHz/7.8GHz的双频/4 CRLH-TL开路分支,并对其进行了仿真分析和实验验证。
　　2.针对LTE频段设计了两款F类功率放大器。具体研究内容包括:(1)分析了F类功放谐波控制网络的设计原理,为了简化谐波控制网络的拓扑结构,将/4 CRLH-TL开路分支运用于F类功放中的输出谐波控制网络,从而实现一款小型化高效率的F类功率放大器,实验结果显示该放大器在输出功率为40.6dBm时,功率附加效率(PAE)达到70.6％;(2)为了进一步提高F类功放的效率,同时验证输入谐波控制网络对F类功放效率改善的积极作用,在上诉F类功放的基础上,首次提出增加基于CRLH-TL的输入谐波控制网络。最终实验结果显示改进后F类功放的PAE提高了2.7％。
　　3.第三部分提出了利用复合左右手传输线实现工作于WCDMA频段的双频段F类功率放大器。首先详细介绍了包含二次谐波控制的偏置电路设计方法,将该设计与阻抗变换网络相结合实现了谐波控制网络。接着介绍了利用双频复合左右手传输线实现匹配电路的设计。最终实现的双频段F类功率放大器在输入信号功率为29dBm时,输出功率分别为41.127dBm(1.7GHz处)和41.716dBm(2.14GHz处),效率达到71.67％和62.92％。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究方向与动态

1.3 本论文主要研究内容及创新点

第二章 F类功率放大器理论基础

2.1 功率放大器的主要指标

2.2 功率放大器分类

2.3 F类功率放大器

2.4 本章小结

第三章 双频复合左右手传输线的设计

3.1复合左右手传输线理论

3.2 双通带复合左右手传输线的设计与实现

3.3 本章小结

第四章 F类谐波控制功率放大器

4.1 F类谐波控制功放的设计

4.2 改进F类功放的设计

4.3 实物加工与测试

4.4 本章小结

第五章 双频F类功率放大器

5.1 双频带功放设计方法的比较

5.2 双频功率放大器的ADS仿真设计

5.3 仿真结果分析

5.4 本章小结

第六章 总 结

6.1 本文的主要成果

6.2工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的成果