隨著無線通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展,為了實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號遠(yuǎn)距離的傳輸,射頻功率放大器成為了通信系統(tǒng)中不可或缺的組件。在無線收發(fā)系統(tǒng)中必須先將信號進(jìn)行放大,才能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸,因此功放的帶寬和效率對整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性、散熱成本起著至關(guān)重要的作用。也正是這種需求在很大程度上促進(jìn)了寬帶高效率功率放大器的研究。本文結(jié)合最新的高效F類的理論,加入新型的寬帶匹配思想進(jìn)行了寬帶高效率功率放大器的設(shè)計(jì)。論文首先進(jìn)行了大量文獻(xiàn)資料的查閱,對于近些年國內(nèi)外寬帶高效率功率放大器包括高效F類功放取得的成果和最新發(fā)展動態(tài)進(jìn)行總結(jié)歸納。其次介紹了不同寬帶高效率功率放大器的基礎(chǔ)理論研究,詳細(xì)闡述了F類電壓波形與電流波形的數(shù)學(xué)推導(dǎo),對不同寬帶匹配方法包括寬帶理論分析,簡化實(shí)頻技術(shù),特別是一些實(shí)際運(yùn)用的寬帶匹配方法包含多支節(jié)阻抗變換和阻抗?jié)u變式進(jìn)行了介紹和分析,為后面功率放大器的設(shè)計(jì)方案的選取提供了理論支持。然后運(yùn)用不同的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法仿真設(shè)計(jì)并制作了兩款放大器:為了覆蓋中國移動,中國電信和中國聯(lián)通這三家移動運(yùn)營商的工作頻段,基于Ga N器件設(shè)計(jì)了一個帶寬為1.3-2.7 GHz的功率放大器(完全覆蓋了三個運(yùn)營商的工作頻段)。測試結(jié)果顯示,在1.3-2.7 GHz、相對帶寬75%內(nèi),漏極效率達(dá)到了68%-78.8%,輸出功率大于40.2d Bm,整個頻段的信號增益為10~13 d B。該設(shè)計(jì)采用三頻點(diǎn)匹配法進(jìn)行寬帶匹配,通過新型設(shè)計(jì)的阻抗匹配拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高效率,實(shí)現(xiàn)了二次諧波短路和三次諧波在不同頻率下開路的目的,進(jìn)而達(dá)到了寬帶高效率的設(shè)計(jì)目標(biāo)。接著采用連續(xù)類的理論與基波階躍式匹配思想設(shè)計(jì)了一款帶寬達(dá)到1.2-2.6 GHz功率放大器,其漏級效率達(dá)到60%-88%,相對帶寬達(dá)到73%,平均輸出功率10 W以上,大信號增益為10-12 d B。上述兩種設(shè)計(jì)方法都具有很大的創(chuàng)新性,其性能結(jié)果特別是在帶寬和效率上都達(dá)到了比較優(yōu)越的程度,解決了同時兼有高效率和寬頻帶的Ga N功率放大器中一系列關(guān)鍵性問題,為4G基站高效率寬帶下的功率放大器研制提供一種新的實(shí)現(xiàn)途徑和方法。
【學(xué)位單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN722.75
【部分圖文】：

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章 高效率功率放大器的基本理論與設(shè)計(jì)研究率放大器分類B、B 和 C 類功放放大器主要介紹一下最基本的四類功率放大器，根據(jù)直流工作點(diǎn)的位置不同，放分為 A 類(甲類)、AB 類（甲乙類）、B 類(乙類)、C 類(丙類)等。如圖 2作點(diǎn) Q 較高(ICQ 大)，信號在 360 度內(nèi)變化，管子均導(dǎo)通，稱之為 A 類工工作點(diǎn) Q 低于 A 類但是非截止?fàn)顟B(tài)，信號在 180 度到 360 度之間，管子工作點(diǎn) Q 選在截止點(diǎn)，管子只有半周導(dǎo)通，另外半周截止，稱之為 B 類(c)中，工作點(diǎn) Q 選在截止點(diǎn)下面，信號導(dǎo)通角小于 180°，稱之為 C 類工

率較高一點(diǎn)；C 類功放一般用于輔助功放電路中，導(dǎo)通角小于半個周期，但是效率比較高能達(dá)到 90%多；B 類功率放大器效率要高于 A 類、AB 類，失真程度也比較大，但是綜合性能來說確實(shí)是一種平常使用比較多的功放，理論效率達(dá)到 78.5%，實(shí)際情況下也有 50-60%多[31-34]。2.1.2 F 類功率放大器F 類功率放大器工作在 B 類靜態(tài)工作點(diǎn)下，由于在 B 類的基礎(chǔ)上加入比較大的信號，使其產(chǎn)生過激勵從而產(chǎn)生一些非正弦的電流和電壓波形，由于過激勵使輸出晶體管輸出產(chǎn)生大量的諧波分量，這些諧波分量也攜帶很多能量，致使其電壓和電流波形不在完美存在，由于一般功率放大器只考慮到基波阻抗的匹配，理論上達(dá)到的效率并不是很高，由上小節(jié)可以得出，F(xiàn) 類功率放大器就是在此基礎(chǔ)上加入了諧波阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，盡量使所有的諧波分量全部被負(fù)載阻抗利用，以達(dá)到最大的輸出效率，理論上如果達(dá)到完美的諧波控制，那么最終電路的輸出效率就會達(dá)到 100%，這種情況下并沒有增加直流功耗同時提高了輸出效率[35-40]。如果想要得到 F 類功率放大器的電壓波形和電流波形，那么需要先對過激勵情況下的 B 類功率放大器得信號輸入情況進(jìn)行深入分析以推導(dǎo)出 F 類功率放大器理論上的工作原理：

圖 2.3 F 類功放漏級電流波形和電壓波形理想狀態(tài)下的 F 類功率放大器電壓和電流波形：sin()maxiI D ， t 2 (2.11)maxvVD ， 0 t (2.12)由 Fourier 展開后得： maxIIdc (2.13)2maxVVVdcDD (2.14)2max1II (2.15) max12VV (2.16)上述 4 式聯(lián)立求解得：2 IImaxmaxVPVdcdcdc (2.17)

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本文編號：2831400