F类功率放大器研究

发布时间：2020-06-22 07:44

【摘要】：第五代移动通信技术的迅速发展使得高频、超宽带、高速率的通信成为必然的趋势。这给通信系统中的射频前端电路提出了更高的要求。作为射频前端电路关键模块电路的射频功率放大器对于整个通信系统的性能具有重要影响。在未来的多载波无线通信中,超宽带高效率的射频功率放大器是必不可少的同时也是最有发展前景的。本文结合未来通信发展的趋势和要求,结合最新的开关类F类功率放大器技术,研究开发出适合未来无线通信的宽带高效率F类功率放大器。论文首先主要阐述了通信产业的发展趋势以及高效率F类功率放大器发展的历史和前景,通过查询近期相关的文献报告,总结阐述了国内外学术和产业界对于相关的高效率F类功率放大器的最新研究动态。其次介绍了射频功率放大器设计的基础理论,同时介绍了几个用来表征功率放大器性能的参数。此外,还介绍了在功率放大器设计中常用到的几种提高效率和线性度的方法,以及在实际设计功率放大器时常用到的Load-Pull系统。随后详细介绍了 F类功率放大器的基本理论。同时从电压电流的角度来阐述F类功率放大器具有高效率的原理。最后,介绍了集总参数和分布参数两种谐波控制电路,对输出信号的谐波进行控制,从而使功放工作在F类,进而达到高效率。为后面高效率F类功率放大器的设计提供了理论基础。然后基于Cree半导体公司的GaN HEMT CGH40010F在高频仿真软件ADS中仿真设计工作于2.7～3.7GHz的F类功率放大器,并进行了加工和微组装。随后还介绍了射频功率放大器的微组装需要注意的关键点。同时对射频功率放大器不同测试系统的组成和测试要点进行了介绍。然后对射频功率放大器的大信号和小信号特性进行了测试和分析,最终的测试结果表明,2.7～3.7GHz频带内饱和输出功率大于40dBm,漏极平均效率高于60%,增益大于1 OdB,达到了本文所要求的设计技术指标。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN722.75
【图文】：

导通角,功率放大器,功放,主要因素

２．１．１传统类功率放大器逡逑传统类功率放大器即是根据传统导通角的大小进行划分的Ａ、Ｂ、ＡＢ和Ｃ类功率放大器。逡逑如图２．１所示，基本功放配置包括功率晶体管、ＲＦ扼流圈（Ｌ１）、直流块（Ｃ１）、输出滤波逡逑器和负载［２３］。图２．１中还包括向ＰＡ提供直流偏置电源，栅极（或基极）偏置和射频输入信号逡逑驱动。逡逑Ｔｕｎｅ邋＠／0逡逑Ｖｄｄ逦ｉ逦ｉ逦逡逑—逦！逦Ｈ逡逑１＾０邋＞逦—邋Ｃ0逡逑ｉ逦；逦＾逦；逡逑Ｌ逦ｉ逦！－ｒ－Ｊ逡逑１，逦ｉ邋Ｉ逡逑厂邋９逦－＾７＂邋ｋ逡逑Ｉｎｐｕｔ邋ａｎｄ邋Ｂｉａｓ逦Ｉ邋！！逦１逡逑＿ｊ／ｄｓ邋ｔ逦一逦Ｔ逡逑４逦｜邋Ｒ邋ｖ０逡逑＾邋Ｉ逦１邋Ｉ逡逑图２．１邋Ａ、Ｂ、ＡＢ和Ｃ类功率放大器概念示意图逡逑用来区分Ａ、Ｂ、ＡＢ和Ｃ类功放的主要因素是导通角（６）的大小。对于Ａ类，静态栅逡逑极偏置设置得大于阈值电压，以便在功放工作频率的任何信号周期内漏极电流保持大于零。逡逑从图２．２邋（ａ）可以看出，Ａ类的导通角是２ｔｔ。功放晶体管完全工作在有源区，并作为由输入逡逑信号驱动控制的电流源。由此产生的理想漏极电压和漏极电流都是正弦的，本质上是没有谐逡逑波的，被认为是“纯线性”。通常，射频输出功率定义为：逡逑＝逦＝逦（２－Ｄ逡逑其中Ｖｏｍ表示基频（／0）的漏极电压波形幅度

电压波形,功放,基本原理,集电极

杭州电子科技大学硕士学位论文。Ｅ类功率放大器的概念由Ｓｏｋａｌ提出［２８］。如图２．３所示，Ｅ类功放由工源晶体管和无源负载网络组成。负载网络具有串联谐振电路和与晶体管（集电极）电压波形由负载网络的开关动作和瞬态响应确定。这导致图降到零并且在晶体管开关导通时具有零斜率，即零电压开关（ＺＶＳ）。（集电极）电容放电相关的开关损耗，并且漏极电压和漏极电流之间没实现１００邋％的漏极效率［２９］。逡逑Ｖｄｄ逡逑

【参考文献】