本文關(guān)鍵詞：2.4GHz~2.7GHz高效率、高功率射頻功率放大器的研究與設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前,無線通信已成為人們生活中不可或缺的一部分。功率放大器處于無線通信系統(tǒng)的射頻前端,是通信系統(tǒng)中最主要的耗能模塊之一,其性能直接影響無線通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量和通信距離,并且很大程度決定著系統(tǒng)的耗能。砷化鎵異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(GaAs HBT)具有單電源供電、高功率密度、高效率、高線性等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)的射頻功率放大器中。本文對(duì)提高GaAs HBT功率放大器的輸出功率和增強(qiáng)效率兩方面進(jìn)行具體了的研究和探討。本文首先詳細(xì)研究了高功率功放的電路拓?fù)涠询B晶體管結(jié)構(gòu)和諧波控制提高功放效率的設(shè)計(jì)方法,然后基于研究結(jié)果,提出對(duì)堆疊式功放進(jìn)行諧波控制設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了一款2.4GHz-2.7GHz高效率、高功率的功放芯片。論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：(1)針對(duì)堆疊式功率放大器的層間不能獲得最佳的功率匹配的問題,提出在堆疊式功放上層晶體管基極加入接地的串聯(lián)電阻、電容結(jié)構(gòu),使堆疊式功放的各層晶體管均能獲得最佳的負(fù)載阻抗,從而各層晶體管能同時(shí)獲得最佳的功率輸出。該設(shè)計(jì)方法有效地改善了堆疊式功放中各層晶體管的功率合成效率,并提高了堆疊式功放的效率與線性度。測(cè)試結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的堆疊式功放較傳統(tǒng)的堆疊式功放PIdB輸出時(shí)效率能改善6%,功率回退6dB時(shí)EVM能改善1.8dB。(2)針對(duì)線性工作模式功放效率不高的問題,提出利用GaAs HBT的非線性輸出電容對(duì)共射極連接放大器的輸出基波及二次諧波負(fù)載進(jìn)行調(diào)整,提高功放基波輸出功率。該方法能夠提高共射極連接放大器的功率輸出,減少功率損耗,提高功放的效率。測(cè)試結(jié)果表明相對(duì)于只進(jìn)行輸出基波匹配的功放,其輸出功率能提高1.3dB,效率提高9.2%。(3)基于控制堆疊式功放輸出及層間的二次諧波改進(jìn)設(shè)計(jì)了功放,進(jìn)一步提高了功放的效率。利用堆疊式功放各層晶體管的非線性輸出電容及外接并聯(lián)電容和上層晶體管基極接地的串聯(lián)電阻、電容對(duì)各層晶體管的基波和二次諧波負(fù)載進(jìn)行設(shè)計(jì),使各層晶體管的輸出電壓波形可控,提高各層晶體管的功率輸出能力,減小功放功率損耗。該設(shè)計(jì)方法為諧波控制提高堆疊式功放效率提供了解決方案,具有高的可行性,并且可移植于其他異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管工藝的堆疊式功放設(shè)計(jì)中。最后,基于2μm GaAs HBT工藝設(shè)計(jì)了一款2.4GHz-2.7GHz采用輸出二次諧波控制的兩級(jí)堆疊式功率放大器。實(shí)驗(yàn)表明在9V的供電電壓條件下,其帶內(nèi)小信號(hào)增益高于30dB,2.5GHz時(shí)輸出P1dB達(dá)34.2dBm,此時(shí)的功率附加效率達(dá)48%。電路仿真與測(cè)試結(jié)果一致性較好,驗(yàn)證了采用二次諧波控制進(jìn)行堆疊式功放設(shè)計(jì)的可行性。
【關(guān)鍵詞】：砷化鎵異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管 功率放大器 效率 最佳負(fù)載 二次諧波
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN722.75
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 無線通信發(fā)展背景及課題研究意義10-11
• 1.2 射頻功率放大器的發(fā)展現(xiàn)狀11-21
• 1.2.1 半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展11-13
• 1.2.2 高功率、高效率放大器研究現(xiàn)狀13-21
• 1.3 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)及內(nèi)容安排21-24
• 第二章 高效率、高功率射頻功放的關(guān)鍵技術(shù)及器件模型24-43
• 2.1 功率放大器的主要指標(biāo)24-27
• 2.2 高功率放大器的功率匹配及匹配網(wǎng)絡(luò)27-34
• 2.2.1 功率匹配及負(fù)載牽引原理27-31
• 2.2.2 匹配網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/span>31-34
• 2.3 諧波控制提高功放效率理論34-37
• 2.4 電路設(shè)計(jì)中器件模型37-42
• 2.4.1 有源器件模型37-39
• 2.4.2 無源器件模型39-42
• 2.5 小結(jié)42-43
• 第三章 高功率放大器的研究43-62
• 3.1 傳統(tǒng)堆疊結(jié)構(gòu)高功率放大器43-48
• 3.2 新型堆疊式功率放大器48-55
• 3.2.1 新型堆疊式功率放大器的結(jié)構(gòu)48-53
• 3.2.2 堆疊式功率放大器效率及線性分析53-55
• 3.3 新型堆疊式功放設(shè)計(jì)與驗(yàn)證55-60
• 3.4 小結(jié)60-62
• 第四章 高效率放大器的研究62-87
• 4.1 電流模式放大器原理62-66
• 4.2 改進(jìn)型二次諧波控制高效率功放的設(shè)計(jì)方法66-80
• 4.2.1 輸出二次諧波控制對(duì)負(fù)載阻抗的要求66-73
• 4.2.2 GaAs HBT非線性輸出電容對(duì)負(fù)載阻抗的影響73-80
• 4.3 功放輸出二次諧波控制的實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證80-85
• 4.4 小結(jié)85-87
• 第五章 高效率、高功率放大器的設(shè)計(jì)87-105
• 5.1 改進(jìn)型高效率、高功率諧波控制堆疊式功放87-89
• 5.2 諧波控制堆疊式功放電路設(shè)計(jì)89-96
• 5.2.1 穩(wěn)定性設(shè)計(jì)89-91
• 5.2.2 諧波控制堆疊式功率放大器電路拓?fù)?/span>91-92
• 5.2.3 偏置電路設(shè)計(jì)92-95
• 5.2.4 整體電路仿真95-96
• 5.3 諧波控制堆疊式功放版圖設(shè)計(jì)及仿真96-100
• 5.4 測(cè)試結(jié)果及分析100-104
• 5.5 小結(jié)104-105
• 第六章 總結(jié)與展望105-108
• 致謝108-109
• 參考文獻(xiàn)109-118
• 在讀期間發(fā)表的論文與取得的其他研究成果118

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