L波段高效率F类功率放大器的研究与设计

F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%,在移动通信领域有着广阔的发展前景。文章介绍了F类功率放大器的电路结构、工作原理,并对效率进行了分析;在L波段对电路进行了设计和试验,实测结果和仿真结果基本吻合,验证了研究结果的一致性。     

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.     

应用于无线通信基站的Doherty功率放大器

采用Doherty技术设计并实现了一款应用于无线通信基站的S波段高效率功率放大器,通过非对称功率输入的方式使得整个功放在更宽的功率范围内获得高效率。设计中采用了安捷伦公司的先进设计系统软件(advanced design system,ADS),选取恩智浦公司型号为MRF7S21080H与MRF8S21100H的横向扩散金属氧化物半导体(laterally diffused metal oxide semiconductor,LDMOS)功放晶体管,两款晶体管的工作频率均为2.14~2.17 GHz。经过电路仿真与实物调试,最终设计并实现了功率回退达到7 dB的功率放大器,其增益为13.5 dB,并且在7 dB功率回退点上效率达到35%,峰值功率效率达到42%。相比其他功率放大器,该放大器具有较大的功率回退范围与更高的效率。结果证明,通过不对称输入方式所设计的Doherty功率放大器可以获得更宽的功率回退范围。     

B类功率放大器的设计与仿真

设计了一种具有较高输出功率和较高功率效率的B类功率放大器,采用了负载牵引和源牵引的设计方法得出最大输出功率对应的最优负载阻抗和源阻抗,并运用阻抗匹配技术分别实现负载阻抗和源阻抗到50Ω的匹配电路设计.仿真结果表明,工作频率为960 MHz下该功率放大器的功率附加效率为69.39%,输出功率为45.32 d Bm.     

一款应用于LTE移动终端的射频功率放大器设计

基于WIN InGaP/GaAsHBT工艺,设计了一款应用于LTE移动终端的射频功率放大器。工作在AB类偏置状态,由三级放大电路级联构成,并带有温度补偿和线性化的偏置电路。芯片版图面积为1410×785μm2,电源电压为3.4V。仿真结果显示:功率增益大于30.1dB、1dB压缩点输出功率为31.2dB.m,在Band38(2570～2620)MHz内,输入回波损耗S11小于-15dB,S21大于30.1dB,输出回波损耗S22低于-25dB,1dB压缩点输出功率的功率附加效率高达36.6%。     

应用于WLAN的SiGe射频功率放大器的设计

采用0.18μm SiGe BiCMOS工艺,设计应用于无线局域网(WLAN)802.11b/g 2.4GHz频段范围内的AB类射频功率放大器.该放大器采用三级放大结构,偏置电路采用电流镜形式的自适应偏置控制电路,具有温度补偿和线性化作用.后仿真结果显示:1dB压缩点输出功率高达27.73dBm,功率增益为25.67dB,电路的S参数在2.4GHz频段内,输出匹配S22小于-10dB,S12小于-60dB.     

E类调谐功率放大器的功率合成

通过功率合成器将Ｅ类放大器的输出功率叠加起来,作为高效的大功率ＲＦ发射机的功率输出源;对Ｅ类放大器的工作特性和同相功率合成网络的隔离、合成特性进行了分析,在最佳工作条件下,导出了集电极电流、集电极 -发射极电压波形和负载网络参数;给出了千瓦级同相功率合成实用电路,为ＲＦ发射机的设计提供了参考依据。     

应用于WLAN的GaAs HBT功率放大器设计

提出了一款基于GaAs HBT工艺的高功率功率放大器（Power Amplifier,PA）.设计采用三级放大器级联的结构以提高功率放大器的功率增益,在功率晶体管的基极处串联RC有耗稳定网络来提高稳定性及改善增益平坦度,采用电流镜有源偏置的方式提升大信号输出时的功率、效率及线性度表现,同时在输出级放大器处添加功率检测电路以得到随输出功率变化的直流电压信号.EM仿真结果表明：PA的输出频率范围为5.1~6.5 GHz,增益为33~33.7 dB,S11、S22<-9.8 dB,饱和输出功率为32.8~34.9 dBm,峰值效率为38.7 %~42 %,在满足无线局域网标准802.11ax、调制策略为MCS7的情况下,EVM达到-30 dB时输出功率为20~21 dBm,芯片面积为1.69 mm×0.73 mm.测试结果表明：S参数测试结果与仿真结果表现出较好的一致性,PA在满足前述无线局域网标准时输出功率为13.6~19.8 dBm.     

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。     

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。     

基于E类功率放大器的四线圈中距离无线输电系统的优化设计

E类功率放大器由于具有拓扑简单、适用频率高、电能转换效率高等优点,是高频MHz级无线输电系统的理想电源。研究分析了四线圈无线输电系统的传输特性,提出传输效率的优化设计方法。同时,考虑到E类功率放大器的工作状态,提出通过激励线圈与发射线圈的距离调节,实现输入电阻的完美匹配,搭建了采用2.81 MHz的E类功率放大器的四线圈中距离无线输电系统。当传输距离为传输线圈边长的3.6倍时,系统电源端到负载端的整体电能传输效率为8.5%。     

WPAN/WLAN应用环境下链路自适应的CIR预测算法

在分析了基于信干比（CIR）估计的链路自适应算法的基础上，指出该算法的性能取决于如何对下一调整间隔的CIR值进行预测，提出了CIR的线性预测算法，并在此基础上将自适应滤波理论引入到CIR的预测中，提出了适合于CIR预测的自适应算法，分析了此种情况下的收敛因子和其他参数的选取。数值仿真结果表明，自适应预测算法明显优于简单预测与线性预测算法，特别是在CIR估计存在误差时，优势更加明显，其吞吐量的最大增幅超过了5Mbit/s。需要指出的是，虽然本文的分析和仿真均以HIPERLAN2为例，但其结果对于在WPAN／WLAN应用环境下的其他系统也都适用。     

WCDMA前馈功放的分析与设计

采用线性调制技术和多载波配置的通信系统对射频功率放大器的线性提出了很高的要求,前馈技术是一种很有前途的用于提高功率放大器线性的技术。对前馈功放的工作原理进行了介绍．分析了环路中幅度、相位及延迟等环路参数对抵消性能及带宽的影响。基于这些分析的结果，设计了一个10W的WCDMA前馈功放,三阶互调性能改善了20dB以上。     

WCDMA前馈功放的分析与设计

采用线性调制技术和多载波配置的通信系统对射频功率放大器的线性提出了很高的要求，前馈技术是一 种很有前途的用于提高功率放大器线性的技术。对前馈功放的工作原理进行了介绍，分析了环路中幅度、相位及 延迟等环路参数对抵消性能及带宽的影响。基于这些分析的结果，设计了一个10W 的WCDMA前馈功放，三阶 互调性能改善了20dB以上。     

Design of electric-field coupled underwater wireless power transfer system based on class E amplifier

针对单级LC谐振型电场耦合式水下无线电能传输(electrical-field coupled power transfer,ECPT)系统的输出功率低、谐振容量小、频率漂移大等关键问题,设计一种更适于海水环境下的无线电能传输系统。该系统基于CLC-S调谐网络,综合E类放大器效率高、频率高等优点,实现较大的功率输出。利用Maxwell有限元仿真软件,对海水环境下耦合机构的电容值进行了有限元分析。通过对水下耦合机构进行试验,分析负载品质因数Q、归一化频率μ对水下无线电能传输系统的影响规律,可为水下ECPT系统设计提供参考。     

WCDMA直放站应用的线性化功率放大器

采用一种应用三阶交调信号发生器产生的交调信号反相对消掉功率放大器自身的交调分量改善功率放大器的线性度的射频预失真方法,设计和实现了应用于WCDMA直放站的预失真线性化功率放大器.实测结果表明,在2.11～2.17 GHz频带内,功率放大器在输入1MHz间隔的双音频信号条件下,输出功率42dBm,增益56dB,三阶交调失真比达到-70dBc,三阶交调改善量大于25dB.功放输入-14dBm的双载波WCDMA信号时,输出功率达到42dBm,相邻信道功率比(ACPR)达到-50dBc,改善量达到9dB.     

基于自我加密的无线局域网快速切换认证

为了改善公共无线局域网切换延时对通信业务质量的影响并保证通信安全,提出一种无线局域网快速切换认证机制.该机制在Hwang-Yang动态密钥分发机制的基础上利用自我加密方法设计了无线局域网快速切换认证机制.分析表明,该机制在保证安全性的同时,在用户初次建立连接和切换的时候,分别需往返一次认证消息即可完成身份的相互认证以及密钥的分发.在进行切换的时候,用户无需和认证服务器进行交互,减少公共无线局域网切换延时.