發(fā)布時間：2020-10-12 20:34

　　 隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展,無線通信系統(tǒng)標準具有數(shù)據(jù)速率高、用戶容量大、功耗低的特點,小型化、高效率、寬帶工作的電路成為了國內(nèi)外學(xué)者們研究的熱點和重點。微帶帶通濾波器由于其平面電路和易集成性,在射頻前端得到了廣泛的應(yīng)用。本論文主要研究了基于多頻耦合的濾波器及其與功率放大器的協(xié)同設(shè)計,而多頻耦合是指利用相同的耦合區(qū)域,可以獨立地控制基波和諧波的耦合系數(shù),從而抑制不需要的寄生通帶。具體內(nèi)容分為以下兩個部分:1、平衡式小型化濾波器電路研究設(shè)計。為了抑制共模噪聲,平衡式濾波器通常添加枝節(jié)或引入電容電阻,或者是采用階梯阻抗諧振器等方法,但是這些方法會導(dǎo)致濾波器體積過大。本論文的創(chuàng)新點在于將多頻耦合運用到平衡式濾波器中,通過饋線與諧振器之間的多頻耦合,將濾波器與低溫共燒陶瓷(Low-temperature cofired ceramics,LTCC)工藝相結(jié)合,提出了抑制共模信號和二次、三次差模信號的LTCC寬阻帶平衡式濾波器。本論文首先分析了多頻耦合的機理,然后設(shè)計了一個同時抑制共模和差模信號的小型化平衡式濾波器,然后進行電磁仿真證實了設(shè)計的可行性,該成果已授權(quán)實用新型專利一項,已公開發(fā)明專利一項。2、帶通濾波器與功率放大器的協(xié)同設(shè)計。本論文基于多頻耦合,提出了一種寬帶濾波功率放大器�；诙囝l耦合的帶通濾波器被用作功率放大器的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)(Output matching network,OMN)。多頻耦合意味著該結(jié)構(gòu)的基波和諧波具有不同的耦合系數(shù),因此,基波、二次諧波和三次諧波的輸入阻抗分別滿足擴展連續(xù)型逆F類功率放大器理論的要求。同時,獲得了良好的頻率選擇性。利用多頻耦合的工作原理、濾波器綜合理論和等效電路指導(dǎo)濾波功率放大器的設(shè)計,實驗結(jié)果表明,該設(shè)計具有較好的頻率選擇性、較寬的帶寬和較高的功率附加效率。該成果已經(jīng)被期刊IEEE Transactions on Circuits and Systems I:Regular Papers所接收,已公開發(fā)明專利一項,已申請美國專利一項。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN713;TN722.75
【部分圖文】：

站更適合高頻應(yīng)用，因此，小型化、高效率寬帶功率放大器成為了一種發(fā)展趨勢，而集成濾波器的功率放大器可以減小互聯(lián)失配和插入損耗，進一步提升系統(tǒng)效率。圖1-1 國際電信聯(lián)盟定義的5G性能為了減小無源電路的尺寸，除了采用多模式諧振器[1-4]或緊湊微帶諧振單元[5, 6]（CMRC）等設(shè)計方法，濾波器可以通過 LTCC 低溫共燒陶瓷技術(shù)來實現(xiàn)小型化。將濾波器的諧振器在三維立體上折疊，將微帶分布于不同陶瓷介質(zhì)基板層之間，從而達到減小其尺寸的目的。此外 LTCC 低溫共燒陶瓷具有高頻高 Q 特性、高電導(dǎo)率的金屬材料、可適應(yīng)大電流及耐高溫，組裝密度高，較小的熱膨脹系數(shù)，較小的介電常數(shù)溫度系數(shù)，

（a） （b）圖1-5 具有帶通響應(yīng)的功率放大器[15]；（a）電路結(jié)構(gòu)；（b）S參數(shù)仿真和測試結(jié)果對于功率附加效率的增強，國內(nèi)外學(xué)者通常將功率放大器工作于 F 類或者 J 類等高效率工作狀態(tài)，來達到提高效率的目的。例如，采用低通響應(yīng)的緊湊微帶諧振單元來匹配 F 類功率放大器[16]或者采用合成帶通匹配拓撲來實現(xiàn) J 類功率放大器[17]。圖 1-6 給出了[16]中的功率放大器的結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的緊湊微帶諧振單元頻率響應(yīng)。緊湊微帶諧振單元（CMRC）是一種微帶傳輸線的特殊結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有慢波傳輸特性和帶阻特性。其慢波傳輸特性能夠使微波、毫米波集成電路更加緊湊，減少電路尺寸和重量。

6（a） （b）圖1-6 采用CMRC匹配的F類功率放大器[16]；（a）電路結(jié)構(gòu)；（b）CMRC的S參數(shù)仿真和測試結(jié)果圖 1-7 給出了[17]中的采用合成帶通匹配拓撲來實現(xiàn) J 類功率放大器的電路結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的頻率響應(yīng)。其采用的是 J 類功率放大器，通過對放大器進行非線性建模和精確的負載牽引仿真，然后使用合成匹配拓撲的方法對負載牽引得出的最佳阻抗進行匹配。該功率放大器的功率附加效率為 60%以上分數(shù)帶寬為 18.3%，較傳統(tǒng)的 F 類寬，但是其選擇性較差，功率放大器的尺寸過大，不符合小型化基站的要求。此外，該方法對非線性模型的建模要求很高，設(shè)計復(fù)雜度過高。還有的學(xué)者為了獲得較高的功率附加效率和帶通響應(yīng)，采用微帶帶通耦合器取代了傳統(tǒng)的多爾蒂功率放大器（Doherty PA）輸入功率分配器[18]。（a） （b）圖1-7 采用合成匹配拓撲來實現(xiàn)J類功率放大器[17]：（a）電路結(jié)構(gòu)；（b）S參數(shù)仿真和測試結(jié)果除了 F 類和 J 類功率放大器
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本文編號：2838243