基于宽禁带功率器件的F类放大器的研究与设计

F类射频功率放大器作为开关模式放大器的一种,其理想效率为100%。传统F类功率放大器的设计方法是利用输出端谐波抑制,在晶体管的漏极得到近似方波的电压信号和近似半正弦波的电流信号,以此提高放大器效率。文章通过研究电路的结构,在F类功率放大器的输入端加入谐波抑制电路,同时利用输入和输出谐波抑制匹配网络,能够更有效提高输出功率和功率附加效率;结合宽禁带功率器件,在S波段完成一款电路的设计,在3.45~3.55GHz频带内,输入激励为28dBm条件下,测试得到最大PAE能够达到78.3%,输出功率40.5dBm,实验结果和仿真结果基本吻合。     

高性能10W D类音频功率放大器设计

提出一种双反馈回路的2阶闭环脉宽调制(PWM)方式的D类放大器结构,在保证系统稳定性的同时通过增加反馈环路增益来改善放大器性能.分析了系统结构工作机制,并采用系统级行为模型仿真和晶体管级电路仿真进行验证.本设计采用上华0.5μmBCD工艺,全差分结构、全桥输出,实现了输出功率2×10W的双声道立体声D类音频功率放大器.实验结果表明,效率可达90%,fPSRR为82dB@1kHz,总谐波失真为0.05%,芯片面积为4.37mm×3.46mm,静态工作电流31mA,关断电流小于100nA.实现了大功率高性能D类功率放大器的设计要求.     

基于GaN器件的平衡式逆F类功率放大器的研究与设计

针对功率放大器效率低和输入输出端反射损耗较大的缺陷,采用平衡式结构研究了工作于2.6 GHz的逆F类功率放大器,并基于GaN器件CGH40010F设计该放大器验证电路。根据功放管输出寄生参数的等效网络,将负载阻抗转换到封装参考面上,在输出匹配电路中对二、三次谐波进行抑制处理。并且考虑栅源寄生电容对输入信号的影响,在输入拓扑结构中加入二次谐波抑制电路,进一步提高了放大器的效率。同时,在栅漏极偏置电路中,采用扇形微带线代替短路电容,使电路结构更为紧凑。经仿真优化,采用Rogers4350b板材制作该功放电路板。实测表明,饱和输出功率为42.32 dBm,最大漏极效率为77.91%,最大功率附加效率(power added efficiency, PAE)达到72.16%,输入输出驻波系数(voltage standing wave ratio, VSWR)均小于2。实测结果与仿真数据基本吻合,验证了设计方法的可行性。     

基于SiGe工艺的Ka波段瓦特级功率放大器芯片设计

提出了一种基于0.18 μm SiGe BiCMOS工艺的Ka波段功率放大器(PA),在25-30 GHz的频段内输出功率均达到瓦特级(30 dBm以上).该PA由驱动级与功率级放大器级联组成,两级均使用堆叠结构.其中,最后一级功率级电路采用两路功率合成的方法,所使用的功率合成网络为匹配网络的一部分.每级堆叠结构均采用最优级间匹配技术(相邻堆叠晶体管间匹配),使堆叠结构中每层晶体管达到最优负载阻抗,进而使堆叠结构达到最大输出功率.使用Agilent ADS软件进行PA性能仿真,版图仿真结果显示:工作在25-30 GHz的功率放大器最大输出功率为30.9 dBm,功率附加效率为22.9%,大信号功率-1 dB带宽为5 GHz(25-30 GHz),1 dB压缩点输出功率为28.5 dBm,大信号增益为22.7 dB.     

应用于LTE基站的L波段Doherty放大器

射频功率放大器是现代无线通信系统中的重要组成部件之一,传统的功率放大器设计非常依赖射频工程师的工程经验,一般通过实物电路的反复调试达到设计指标.采用Doherty技术设计并实现了一种应用于长期演进(long term evolution,LTE)移动通信技术基站的L波段高效率功率放大器.设计中采用了安捷伦公司的先进设计系统软件,选取恩智浦公司型号为AFT20P140-4WN的横向扩散金属氧化物半导体(laterally diffused metal oxide semiconductor,LDMOS)功放晶体管,该晶体管工作频段为1 880 MHz~2 025 MHz.通过电路仿真与实物调试相结合的方式完成了整个设计.测试结果表明,所设计Doherty功率放大器的最大输出功率为45.3 dBm,最高效率为37%,在4.2 dB功率回退的情况下,效率仍保持在30%左右.与传统的功率放大器设计相比,此设计方式缩短了设计周期,提高了设计成功率并降低了设计成本.     

高效E类射频功率放大器的设计

E类射频功率放大器是一种新型高效率的放大器,理论效率可以达到100%,有广阔的发展前景.文章研究了E类RF放大器的电路结构、工作原理、存在的问题,以及解决的方法--差分和交叉耦合反馈结构,最后给出了E类放大器的实例.     

8.9 GHz高效高增益E类功率放大器设计

为了减小功率放大器(power amplifier,PA)的功率损耗,提高功率放大器的增益与工作效率,本文提出一种将两级放大和反馈结构相结合的具有高效率高增益的E类功率放大器,并利用Cadence软件对功率放大器进行分析及仿真验证。仿真结果表明,在180nm CMOS工艺情况下,当电源电压为3.6V,电路频率为8.9GHz时,本文E类功率放大器的输出功率为23.5dBm,增益为24dB,功率附加效率(power added efficiency,PAE)为21%。与传统的PA相比,本文E类功率放大器在增益和功率附加效率方面均得到了提高,适用于通信、电子测量等系统。     

基于Multisim2001丙类功率放大器的仿真研究

阐述了Multisim2001的主要功能与特点,并利用Multisim2001对丙类功率放大器电路进行了仿真,讨论了丙类功率放大器的集电极电流、输出电压、输出功率、集电极效率,晶体管高频功率放大器的高频特性.利用Multisim2001可以很方便地改变元件或电路中参数,观察不同条件下电路的工作情况.     

基于E类功率放大器的非接触感应耦合电能传输系统

为了提高非接触感应耦合电能传输系统的可靠性,提出了一种基于E类功率放大器的拓扑结构.将发射线圈和接收线圈的耦合电感进行等效变换,把发射线圈的漏感作为E类功率放大器谐振单元,把励磁电感作为折算后负载电阻的匹配电感.在电能非接触传输的同时实现了阻抗变换,把等效负载电阻限制在一定的范围内.提出的拓扑结构简单,无需额外的补偿网络.并且负载电阻变化时,均能满足E类功率放大器的零电压软开关条件.仿真和实验结果验证了新拓扑结构电路的可行性.     

基于E类放大器的新型无线电能传输控制策略

E类放大器是磁共振无线电能传输(wireless power transmission,WPT)系统中常用的高频电源,其开关效率是评价WPT系统整体性能的关键指标.针对E类放大器中开关器件的效率和电压应力与负载的紧耦合关系导致其输出效率的不稳定,根据锂离子电池的充电特性和E类放大器的输出效率特性,选用合理的谐振补偿网络结构,提出了一种通过电容和电感阵列实现E类放大器零电压开关状态的主动控制策略.结果表明:在20 cm气隙条件下实现了功率输出为1.1 kW、逆变部分效率高于95％以上的WPT系统实验,大大提高了采用E类放大器的WPT系统的稳定性,验证了所提出控制策略的有效性.     

基于Muhisim2001丙类功率放大器的仿真研究

阐述了Muhisim2001的主要功能与特点,并利用Multisim2001对丙类功率放大器电路进行了仿真,讨论了丙类功率放大器的集电极电流、输出电压、输出功率、集电极效率,晶体管高频功率放大器的高频特性．利用Muhisim2001可以很方便地改变元件或电路中参数,观察不同条件下电路的工作情况．     

基于Multisim2001丙类功率放大器的仿真研究

阐述了Muhisim2001的主要功能与特点,并利用Multisim2001对丙类功率放大器电路进行了仿真,讨论了丙类功率放大器的集电极电流、输出电压、输出功率、集电极效率,晶体管高频功率放大器的高频特性．利用Muhisim2001可以很方便地改变元件或电路中参数,观察不同条件下电路的工作情况．     

引信体外射频电源技术研究

该文提出了一种引信体外射频电源技术，通过分别置于发射器和引信中的初、次级耦合线圈，实现能量的非接触传输，对引信体内电容充电，为引信电路和起爆装置提供所需的能量。在低耦合系数条件下，通过基于初级漏感的E类功率放大器和次级漏感的补偿方法，提高电容充电电流和传输效率。最后提供了原理样机和实验结果。     

输入端谐波抑制的高效E类宽禁带功率放大器

文章提出对E类功率放大器进行谐波抑制的改进设计方法,有效利用输入端信号功率,从而提高功放的功率附加效率;分析了E类功率放大器的工作原理,结合新型宽禁带功率器件利用ADS软件进行了电路仿真设计,并对实际放大器电路进行了实际测试。结果表明,对输入端谐波抑制的改进可以使功率放大器在1.1～1.3GHz频段内输出功率保持在10W以上,功率附加效率达到了79.6%,比改进前E类功率放大器的效率有了明显的提高。     

集电极电流下降时间对E类放大器的影响

E类调谐功率放大器的理想模型是集电极电流下降时间为零,笔者在集电极电流下降时间不为零的情况下对E类放大器进行了分析;在最佳工作状态下,确定了放大器的集电极电流和集电极-发射极电压波形、晶体管的瞬间能量损失、集电极效率和负载网络参数.     

输入端谐波抑制S波段高效率F类功率放大器的研究

传统的F类功率放大器设计方法是对其输出端进行谐波抑制,在输出端得到近似方波的电压信号和近似半正弦波的电流信号,以此提高放大器效率.新型高效率F类功率放大器在输入端加入谐波抑制电路,同时利用输入和输出谐波抑制匹配网络能够有效提高输出功率和功率附加效率;在S波段完成一款电路的设计并进行测试,在电路设计中采用新的负载牵引、源牵引仿真方法,实验结果和仿真结果非常吻合.在输入激励为28dBm条件下,测试结果表明,最大PAE能够达到75.4%,输出功率40.3dBm.     

E类功率放大器的一种优化设计方法

从提高效率的目的出发,针对E类功率放大器的工作状态进行了理论分析,利用ICAP CAE电路仿真软件,提出了一种E类功率放大器电路参数的优化设计方法.应用该方法对一种800kHz超声波发生装置进行优化设计,取得了满意的效果.     

应用于WLAN的高效率F类功率放大器

为了提高在高速率信号传输下无线通讯发射系统中功率放大器的工作效率,提出了一种结构新颖的高效率F类功率放大器.通过计算机仿真与实验板调试相结合的方法确定了放大器的最佳漏极阻抗,根据F类放大器漏极电压和漏极电流是相位差为λ/4的方波和半正弦波的特性,通过仿真软件设计和优化,设计出的谐波滤波网络在输出谐波频点有良好的滤波性能.为了降低栅源电容对输入信号造成的失真,在输入端口加入短截线,提高了放大器的漏极效率.通过测试,功率放大器工作在2.4GHz时,在2dB增益压缩点的功率附加效率为67%,输出功率为30dBm.测试结果表明,该高效率功率放大器适合应用于WLAN无线通讯发射系统.     

高效功率放大器温度可靠性研究

该文研究了Ga N HEMT开关类功率放大器的直流特性和功率传输特性随温度变化的现象.本文基于Ga N HEMT设计了开关E类功率放大器,并通过加速寿命试验的方法研究了该功率放大器的直流和交流温度特性.研究表明由于Ga N HEMT的高温退化特性使得所设计的开关E类功率放大器的工作电流、小信号增益及最大输出功率等随温度升高均有降低.     

高功率太赫兹基波压控振荡器设计

基于55 nm CMOS工艺提出了一款具有高输出功率的太赫兹基波压控振荡器(Voltage-Controlled Oscillator,VCO).设计采用堆叠结构来克服单个晶体管供电电压受限导致输出摆幅较低的问题来有效提高了输出功率.依据单边化技术在核心晶体管的栅漏之间嵌入自馈线来调整栅漏之间的相移和增益以最大化晶体管在期望频率下的可用增益,从而提高晶体管的功率输出潜力.提取版图寄生后的仿真结果表明:在2.4 V供电电压下,VCO的输出频率范围为200.5 GHz～204.4 GHz,电路峰值输出功率为3.25 dBm,在1 MHz的频偏处最优相位噪声为-98.7 dBc/Hz,最大效率为8.1％.包括焊盘在内的版图面积仅为0.18 mm2.此次工作实现了高输出功率并具有紧凑的面积,为高功率太赫兹频率基波VCO设计提供了一种设计思路.