【摘要】：功率放大器是射頻前端模組中非常重要的組成單元,其性能關(guān)系著移動終端的續(xù)航時間和通訊質(zhì)量。自從3G開始應(yīng)用以來,移動通信網(wǎng)絡(luò)就處于多通信網(wǎng)絡(luò)共存的一個狀態(tài);進入4G時代后,通信所需支持的頻段暴增,需要相應(yīng)的功率放大器數(shù)量也暴增,射頻前端模組的復(fù)雜程度也大大增加,研究多模多頻功率放大器具有重大意義。本論文圍繞最新一代4G (LTE-A)移動終端射頻前端需求,針對其多模多頻功率放大器電路進行了深入的研究,開展了 InGaP/GaAs HBT功放溫度補償電路設(shè)計,功放寬帶、高效率和多模多頻設(shè)計等電路的研究工作。取得了以下主要研究成果:1、針對GaAsHBT功率管在功率放大器中的應(yīng)用,研究了 HBT器件自熱效應(yīng)及其對有源偏置電路溫度穩(wěn)定性的影響,提出了一種改進的帶有溫度補償?shù)钠秒娐方Y(jié)構(gòu),有效提高了偏置電流的溫度穩(wěn)定性。該溫度補償電路,是通過新增的有源鏡像電路結(jié)構(gòu),利用熱電負反饋,對原先有源偏置電路的基準(zhǔn)電壓進行補償,保證基準(zhǔn)電壓在溫度變化時基本恒定。仿真結(jié)果表明,經(jīng)過補償后的偏置電流溫度穩(wěn)定性明顯提高,在80 ℃時,溫度漂移由8.5%減小到2.5%。2、利用溫度補償偏置電路,成功設(shè)計了一款帶有溫度補償?shù)膬杉壐咝阅芄Ψ拧Ｔ摴Ψ挪捎脦в袦囟妊a償?shù)挠性雌秒娐?對功放進行溫度補償和線性度優(yōu)化;輸出匹配網(wǎng)絡(luò)利用F類高效率諧波控制理論,對功放輸出匹配諧波進行優(yōu)化,提高了功放輸出的最高效率,對高效率輸出匹配設(shè)計具有較好的指導(dǎo)作用。最終測試結(jié)果表明,在高溫和低溫情況下,增益波動幅度小于±2dB,PAE變化1.5%,ACPR變化3dBc,靜態(tài)電流相對于常溫變化量為±2.5%。常溫下測試線性輸出功率為28dBm的時候PAE達到了 42%。3、針對功率放大器寬帶化匹配設(shè)計進行了深入的研究。詳細分析了 LC匹配網(wǎng)絡(luò)及多級LC匹配網(wǎng)絡(luò)的帶寬與效率之間的關(guān)系,最后結(jié)果顯示2級LC匹配網(wǎng)絡(luò)能達到的傳輸效率最高,其次是3級LC匹配網(wǎng)絡(luò);針對輸出匹配網(wǎng)絡(luò),提出了無需Load-Pull這么復(fù)雜系統(tǒng)幫助下的寬帶最大輸出功率匹配阻抗點尋找方法和基于三維電磁場仿真解決基板中電感、接地的寄生參數(shù)和線路之間的耦合等問題的電路優(yōu)化設(shè)計方法,保證功放能實現(xiàn)寬帶輸出。4、利用寬帶化匹配設(shè)計原理,成功設(shè)計了一款工作在4.9GHz～5.9GHz的三級寬帶MMIC功率放大器;該功放一二級間采用2級LC高效匹配結(jié)構(gòu),二三級級間采用3級LC高效匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),輸出采用2級LC高效匹配結(jié)構(gòu)。測試結(jié)果表明,工作帶寬達到了 1GHz;頻帶內(nèi)增益超過了 24.5dB,帶內(nèi)增益變化量為2dB;頻帶內(nèi)輸出飽和功率(Psat)均超過30dBm,最高輸出功率Psat達到31.8dBm。5、提出了一種寬帶雙功率工作模式的功放架構(gòu),改善功放回退區(qū)域的效率;該功放架構(gòu)利用在不同的輸出功率段,使用不同的基波阻抗值,從而實現(xiàn)平均功率效率提升。采用了 InGaP/GaAs HBT和AlGaAs/InGaAs pHEMT的一體化工藝,將功放電路與控制電路單片集成,實現(xiàn)模式控制的片上切換,能有效提高功放的集成度。6、成功設(shè)計了一個工作在頻率2.3GHz～2.69GHz范圍的寬帶雙功率模式功率放大器。該功放采用高、低功率工作模式的功放的架構(gòu),提升了功放在功率回退時的效率;采用帶隙基準(zhǔn)電路和基于共射結(jié)構(gòu)的簡易邏輯電路,成功實現(xiàn)功放開與關(guān)和功放高、低輸出功率模式的選擇;利用寬帶輸出匹配結(jié)合高效率輸出匹配設(shè)計方法,設(shè)計出了高效寬帶輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。測試結(jié)果表明,該功放最佳效率達到38%,可有效改善功放功率回退區(qū)域的效率,并在頻率2.3GHz～2.69GHz范圍內(nèi)獲得了較好的總體性能,能同時滿足4G中Band 38、Band 40、Band 41和Band 7應(yīng)用的協(xié)議要求,實現(xiàn)了多模多頻功率放大器的設(shè)計。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN722.75

【參考文獻】

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本文編號：2333458