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.     

基于键合线模拟的SiGe BiCMOS 915 MHz功率放大器的设计

针对射频识别技术的应用,该文设计了一款全集成的射频功率放大器.该功率放大器的中心工作频率为915MHz,采用0.18μm Si Ge Bi CMOS工艺的两级单端结构.由于键合线的寄生效应会造成功率放大器的输出功率和效率的减小,本文利用HFSS(High Frequency Simulator Structure)软件建立和分析了键合线的模型,并利用ADS(Advanced Design System)软件拟合仿真数据得到了键合线的等效电路.在功率放大器的仿真中,利用键合线的等效电路来模拟键合线的寄生效应,在此基础上优化电路,最终芯片的面积为(1.6×1.2)mm~2.后仿结果表明,在3.3 V的电源电压下,在860 MHz~960 MHz的工作频段类,输入回波损耗小于-12 d B,输出回波损耗小于-15 d B.功率放大器的1 d B压缩点的输出功率为23 d Bm,功率附加效率(Power-Added Efficiency,PAE)大于20%,功率增益为17.8 d B.     

S波段高效E类GaN HEMT功率放大器设计

为了解决E类功率放大器最大工作频率(fmax)受晶体管输出电容限制的问题,提出了一种新型的E类功率放大器输出匹配电路结构.该结构能够同时实现对晶体管在基波和谐波下的过剩输出电容进行补偿,一方面提升了E类功率放大器在高频工作时的效率,另一方面也降低了电路的复杂度和实现难度.利用所提出的方法,采用GaN HEMT器件,设计并实现了工作在2.5 GHz的E类功率放大器.测试结果表明,其最大功率附加效率(PAE)达到80%,饱和输出功率为40.1 d Bm.     

采用射频预失真的新型大功率Doherty功放设计与实现

针对大功率射频功率放大器在设计研制上都存在较大困难,特别是大功率难匹配,实现大功率后线性度差、效率低等问题,设计一种适用于无线通信基站系统的二路大功率Doherty功率放大器。采用新型射频预失真芯片构建高集成度的线性化电路,改善该功率放大器的线性。仿真结果表明,在饱和功率回退6 dB时,该功率放大器平均输出功率可达到100 W,效率可达到44.158%,从而实现高效率和大功率的输出;加入预失真电路后,功放线性改善了20 dB。实测结果验证了仿真的一致性。     

新型高线性度双平衡CMOS混频器芯片的设计

设计了一款用于无线通信射频系统的新型双平衡混频器芯片,该混频器的输出信号中不存在与射频输入信号相关的二次非理想项,具有高线性度.该混频器基于新型乘法器结构,在两个工作于线性区的对称金属氧化物半导体(MOS)晶体管的源、漏两极加入差分射频信号,在其栅极加入差分本振信号,从而以低复杂度方式实现射频信号与本振信号的双平衡混频或相乘;采用差分推挽放大器及源随器作为芯片的输出缓冲接口,改善了芯片与片外电路之间的隔离度,提高了功率增益和输出匹配性能.芯片采用0.18 μm射频(RF)互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺流片,实现超宽频带范围内的信号混频或相乘,1 dB压缩点2.9 dBm,三阶交调16 dBm,总功耗25 mW,芯片性能良好,可以满足高性能、超宽带、高速无线通信系统的要求.     

VHF波段80W宽带线性功率放大器

针对高分辨率成像冰川厚度探测雷达设计了一款VHF波段宽带高功率线性放大器.以硅VDMOS器件作为功放管,采用推挽结构和传输线变压器阻抗变换网络相结合的方法,实现了50 MHz～200 MHz频带范围内80 W线性功率输出.该放大器由四级级联组成,每一级均采用ADS作负载牵引仿真确定最佳负载阻抗并用负反馈技术确保增益平坦.测试结果表明,1 dB压缩点输出功率为80 W,增益54 dB,附加效率40%,谐波小于-30 dBc.     

915 MHz功率自适应平面印刷整流电路设计与实验

提出了一种工作在低输入功率环境下的具有功率自适应功能的915 MHz整流电路.该整流电路适用于较宽的输入功率环境,利用一个场效应管作为自适应开关,根据输入功率的大小切换整流电路工作模式,使其能够在一个较宽的输入功率范围内高效整流.该电路输入端使用双枝节匹配网络将二极管输入阻抗匹配至50?,输出端并联一电容作为直通滤波器,使得输出功率平稳.仿真结果表明:在-16～4 d Bm的输入功率范围内,整流效率高于40%,最高转换效率为66.2%.实测最佳工作频率有所偏移,最高转换效率为47.5%.可见该整流电路采用简单的平面印刷电路工艺,易集成,可用于环境电磁能量收集.     

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。     

基于双阻抗匹配的宽带Doherty功率放大器设计

为了满足采用高峰均比调制信号的未来无线通信系统中功率放大器高效和宽带的设计需求,研究了一种改进的宽带Doherty功率放大器设计方法.为了实现Doherty在功率回退和饱和输出时的阻抗变换,提出了一种双阻抗匹配网络设计方法来仿真设计主路和辅路输出匹配网络,从而简化了负载调制网络,展宽了带宽.实现并测试了一个2.30~2.80 GHz宽带Doherty功率放大器(DPA),对所提出方法的有效性进行了验证.结果表明:所设计的宽带DPA在工作带宽内增益波动小于2 d B,饱和功率大于43.5 d Bm,饱和时的峰值效率为66%~71%,6 d B回退时的效率为48%~59%,可满足未来无线通信系统中对高峰均比调制信号高效率放大的要求.     

一种带有最大能量跟踪的宽动态范围射频能量收集电路的设计

本文提出了一种带有最大能量跟踪的射频能量收集电路.该电路通过加入级数来控制环路自动检测不同级数整流器的输出功率,并比较这些输出功率来选择最佳级数,以求在不同输入功率下均能够保持较高的能量转换效率.因此,能量收集电路在保持高灵敏度的同时,可以提高最高能量转换效率,扩展高效率动态范围.基于该设计方法,一个用于特高频频段的带有级数控制回路的3～5级整流器电路在SMIC 55nm工艺下得以仿真、实现.测试结果表明:在915MHz的工作频率下,所设计的射频能量收集电路的最高能量转换效率可以达到61.4%.与此同时,在19dB的输入功率范围内,能量转换效率均能够保持在最高能量转换效率的50%以上,有效扩展了高效率动态范围.此外,该电路在加入控制环路后,仍然有较高的灵敏度,可以在-16.3dBm的输入功率下,驱动一个纯电容负载,获得2V的输出电压.     

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.     

基于ADS平台反向Doherty结构的功率放大器的设计与仿真

基于Advanced design system(ADS)平台,通过优化偏置电压和输入功率比例改善三阶互调失真(IMD3),仿真设计一款工作于2.14 GHz频段WCDMA基站不对称功率驱动的反向Doherty功率放大器(IDPA).IDPA结构中接在峰值放大器补偿线后的微带线能减少功率泄露,改善输出效率.仿真结果表明,当载波放大器的栅极偏置电压为2.74 V,峰值放大器的栅极偏置电压为0.9 V并且输入功率比例为1∶2.07,输出功率为44 dBm时其功率附加效率(PAE)为25.26%,比AB类平衡功率放大器提高了9.63%,比传统的Doherty功率放大器(DPA)提高了1.12%;IMD3为-40.82dBc,和AB类平衡功率放大器相比改善了3.34 dBc.因此,这种简单结构的不对称功率驱动的IDPA实现了高效率和高线性度的良好折中,能够很好地适用于现代无线通信系统中.     

基于4f5d能级的Pr3+∶ZBLAN上转换紫外光纤放大器

运用稳态粒子数速率方程和传播方程理论, 研究Pr³⁺∶ZBLAN光纤中基于 4f5d能级的上转换紫外光纤放大器的激光动力学过程. 计算了输入信号饱和功率、 输出功率、 斜率效率和最佳光纤长度等参量, 并与光纤振荡器的结果做了比较. 结果表明, 输入信号存在一个饱和功率, 大于该值时, 输出功率基本上与输入信号功率无关. 信号光饱和功率约为3 mW, 且几乎不随泵浦功率和光纤长度变化. 在相同条件下, 放大器输出功率和斜率效率可达到振荡器的2~3倍. 利用光纤放大器可有效提高Pr³⁺∶ZBLAN光纤4f5d上转换紫外激光器系统的输出功率和斜率效率.     

采用CMOS E类放大器实现功率控制的方法

针对手持式无线通信产品对低成本、高效率收发机的需求,提出了一种将并联放大结构和放大器电源漏端调制相结合的功率控制方法。结合射频E类功率放大器的结构特点,采用CMOS工艺,达到了在大的输出功率范围内保持持续稳定高效率的目的。在设计中采用1/4波长传输线实现了大范围的功率联合与控制,而小范围的输出功率调节则通过改变E类功放的漏端电源电压完成。仿真结果表明:理想情况下当输出功率在140~700 mW范围内变化时,联合放大器的功率增加效率均可保持在41%以上,最高可以达到47.9%。     

高线性度有源混频器的设计

针对吉尔伯特混频器电路转换增益和线性度低的问题,设计了一个高转换增益、高线性度下变频有源混频器,其电路跨导级采用电流镜结构和第三阶跨导系数消除结构,通过设置晶体管工作在不同的区域,使得晶体管的第三阶跨导系数相互消除,以提高电路的转换增益和线性度。电路采用TSMC 0. 18μm RF CMOS工艺。Cadence Spectre-RF软件仿真结果表明,在工作电压为1. 2 V、射频频率为5. 2 GHz、本振频率为5 GHz、中频频率为200 MHz时,所设计的混频器电路的转换增益为21. 9 d B,噪声系数为16. 5 d B,线性度(输入三阶交调点IIP3)为21. 68 d Bm,功耗为2. 3 m W,转换增益由典型指标10 d B提升至21. 9 d B,线性度由典型指标5 d Bm提升至21. 68 d Bm。可见,所设计的混频器电路的转换增益和线性度得到有效改善。     

一种工作于Ka频段的GaN单片集成功率放大器

针对Ka频段大功率发射机的要求,设计了一款基于0.15μm GaN工艺的5 W级输出的单片集成功率放大器.功率放大器工作频率为27-31 GHz,工作在AB类偏置条件下,采用3级单端共源结构,在末级使用功率合成结构.仿真结果表明,在20 V的电源电压下,功率放大器的小信号增益为25 dB,饱和输出功率为38dBm,功率附加效率为35%.     

2.4 GHz 0.18 μm CMOS Doherty 功率放大器设计

采用SMIC 0.18 μm CMOS 工艺设计了一款2.4 GHz Doherty结构功率放大器.两子功放均采用两级放大结构,提高了功放的功率增益和功率附加效率（PAE).模拟显示最大功率输出为28.75 dBm,对应PAE为43％,功率1 dB压缩点输出功率为26.71 dBm, 对应PAE为38％.功率增益为24 dB.与以往报道的CMOS Doherty功放相比,PAE和功率增益均得到了明显的改善.     

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.     

微波超宽带低噪声放大器的设计

设计和制作一种小型超宽带低噪声晶体管放大器 ,采用全微带匹配网络和负反馈技术 ,利用新型晶体管器件 HEMT,经自编的程序 MMatch和商业软件 Touchstone双重辅助设计 ,实现在 0 .9-3.6 GHz两个倍频程的超宽带范围内增益 >2 9.4 d B,增益平坦度 <5 % ,噪声系数 <1 .8d B,输入、输出驻波比 <2 .2 ,1 d B,压缩点输出功率 >1 7.9d Bm.该放大器制作在 5 2× 2 5 mm2的聚四氟乙烯基板上 ,经测试满足设计要求 .