無線通信中的寬帶高效率功率放大器及GaN HEMT器件建模研究
發(fā)布時間：2021-08-13 22:12
為應對4G、5G通信系統不斷增長的寬帶高速率數據需求,4G演進空口設計和5G高頻新空口設計對無線發(fā)射機中的功放模塊提出了寬頻帶內無失真地高效率放大高峰均比調制信號的要求,因此對功放的工作帶寬、效率、線性度等方面開展研究具有十分重要的意義。精確的GaN HEMT器件建模是成功設計功放的關鍵步驟之一,所以研究GaN HEMT器件建模方法對采用新型半導體材料設計寬帶高效率功放是十分關鍵的。針對4G、5G通信技術對寬帶高效率功放提出的挑戰(zhàn),本文對寬帶高效率線性化功放設計技術、動態(tài)負載調制技術以及GaN HEMT器件建模技術等方面進行了深入研究。主要研究內容包括:1.寬帶高效率線性化功放研究。提出了一種降低記憶效應和三階互調失真的分析方法,以改善寬帶功放的線性度。通過降低二次諧波輸出功率水平和MHz頻率范圍內的包絡電壓成分實現了優(yōu)異的線性度。提出了一種改進型寬帶切比雪夫低通匹配網絡以驗證所提出的分析方法。測試結果表明,本文設計的功放在1.352.45 GHz頻率范圍內,功率附加效率（Power added efficiency,PAE）為6078%,功...
【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：163 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
(a)K.Chen等人設計的DLM功放[78]
電子科技大學博士學位論文適應寬帶功放，BST 元件的擊穿電壓高達 500 V，該功放的匹配網絡采用 π 型拓撲結構設計，工作頻段為 1.65 ~ 1.95 GHz，在 6 dB 的 OPBO 范圍內漏極效率提升了3% ~ 9%，設計的 DLM 功放如圖 1-2（b）所示[81]。同年，L. Ye 等人基于 DLM 技術設計了 65 nm CMOS 工藝的數字調制 2.4 GHz WLAN 發(fā)射機[82]。
電子科技大學博士學位論文極施加瞬態(tài)階躍電壓，其具體要求為從關斷狀態(tài)（Vd= 0 V）切換為開路溝道狀態(tài)（Vd=10 V[132]），通過示波器檢測漏極電壓切換過程中漏-源電流的瞬態(tài)變化過程，如圖 5-3（b）所示。文獻[123]中采用任意波形發(fā)生器分別激勵柵極和漏極，脈沖上升沿約為 20 ~ 30 ns，對于柵極滯后測試，采用直流電源維持漏極電壓為 10 V，并使用示波器檢測激勵信號和漏-源電流的瞬態(tài)變化過程，測試結果如圖 5-4 所示。圖 5-4（a）給出了使用柵極滯后技術的漏極瞬態(tài)電流，對于階躍電壓 Vg1，脈沖上升沿為 30 ns，漏-源電流 ID1試圖跟蹤柵極電壓的變化，但在 10~100 ns 時間段內可看到有 ΔID1= 15%的電流崩塌，當時間大于 10 ms 后，ID1趨于穩(wěn)態(tài)值。圖 5-4（b）中給出了使用漏極滯后技術的漏-源電流瞬態(tài)響應，對于階躍電壓 Vd1，脈沖上升沿約為 30 ns，相對于圖 5-4（a）中漏-源電流的穩(wěn)態(tài)值，在 10~100 ns 時間段內可看到有 15%的過沖漏-源電流，當時間大于 10ms 后，ID1趨于穩(wěn)態(tài)值。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于簡化實頻方法的寬帶天線阻抗匹配網絡設計[J]. 武軍偉,龔子平,萬顯榮,柯亨玉. 電波科學學報. 2011(02)
[2]Ⅲ族氮化物異質結構二維電子氣研究進展[J]. 孔月嬋,鄭有炓. 物理學進展. 2006(02)
博士論文
[1]微波毫米波GaN HEMT大信號模型研究[D]. 汪昌思.電子科技大學 2016
本文編號：3341211
【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：163 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
(a)K.Chen等人設計的DLM功放[78]
電子科技大學博士學位論文適應寬帶功放，BST 元件的擊穿電壓高達 500 V，該功放的匹配網絡采用 π 型拓撲結構設計，工作頻段為 1.65 ~ 1.95 GHz，在 6 dB 的 OPBO 范圍內漏極效率提升了3% ~ 9%，設計的 DLM 功放如圖 1-2（b）所示[81]。同年，L. Ye 等人基于 DLM 技術設計了 65 nm CMOS 工藝的數字調制 2.4 GHz WLAN 發(fā)射機[82]。
電子科技大學博士學位論文極施加瞬態(tài)階躍電壓，其具體要求為從關斷狀態(tài)（Vd= 0 V）切換為開路溝道狀態(tài)（Vd=10 V[132]），通過示波器檢測漏極電壓切換過程中漏-源電流的瞬態(tài)變化過程，如圖 5-3（b）所示。文獻[123]中采用任意波形發(fā)生器分別激勵柵極和漏極，脈沖上升沿約為 20 ~ 30 ns，對于柵極滯后測試，采用直流電源維持漏極電壓為 10 V，并使用示波器檢測激勵信號和漏-源電流的瞬態(tài)變化過程，測試結果如圖 5-4 所示。圖 5-4（a）給出了使用柵極滯后技術的漏極瞬態(tài)電流，對于階躍電壓 Vg1，脈沖上升沿為 30 ns，漏-源電流 ID1試圖跟蹤柵極電壓的變化，但在 10~100 ns 時間段內可看到有 ΔID1= 15%的電流崩塌，當時間大于 10 ms 后，ID1趨于穩(wěn)態(tài)值。圖 5-4（b）中給出了使用漏極滯后技術的漏-源電流瞬態(tài)響應，對于階躍電壓 Vd1，脈沖上升沿約為 30 ns，相對于圖 5-4（a）中漏-源電流的穩(wěn)態(tài)值，在 10~100 ns 時間段內可看到有 15%的過沖漏-源電流，當時間大于 10ms 后，ID1趨于穩(wěn)態(tài)值。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于簡化實頻方法的寬帶天線阻抗匹配網絡設計[J]. 武軍偉,龔子平,萬顯榮,柯亨玉. 電波科學學報. 2011(02)
[2]Ⅲ族氮化物異質結構二維電子氣研究進展[J]. 孔月嬋,鄭有炓. 物理學進展. 2006(02)
博士論文
[1]微波毫米波GaN HEMT大信號模型研究[D]. 汪昌思.電子科技大學 2016
本文編號：3341211
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