开关类射频功率放大器波形研究
发布时间：2020-07-29 13:03
【摘要】：开关类射频功放在当前移动通信中起着重要而关键的作用,具有更高的效率和更优的宽带潜力,是满足绿色低能耗、宽带高速率运营的基础。在设计方法方面,对于同一功能指标,采用不同的设计方法,所设计出来的功放电路会有一定差异,性能也不尽相同,无法确定最优设计方案。针对此情况,本论文提出不受开关类功放类别限制,采用以功放理想输出波形为出发点的设计思路,来完成高效率宽带功放设计。论文首先从波形的角度对E、F、J等开关类射频功放电路设计方法进行对比分析,研究高效率波形的特点;其次研究了功放设计过程中影响输出波形的因素,就未匹配状态下功放实际输出波形进行分析,推导出了高效率波形的形式,并提出基于此波形的功放设计方法;最后从输出波形的角度,对采用基于波形的设计方法与其它设计方法设计的功放进行对比研究。作为设计实例,论文完成了基于波形的单频和宽带高效率功放仿真设计及实验验证。论文具体工作内容如下:1.对E、F、J等开关类射频功放的输出波形展开研究,将各类功放的输出波形进行频域展开分析,研究其阻抗控制条件与波形之间的关系,对比分析其波形的不同点以及优缺点,总结高效率功放设计基本要点。2.从功放的静态工作点、晶体管寄生效应以及匹配网络三个角度研究了对输出波形产生影响的因素,并对当前开关类射频功放波形设计方面的不足进行分析,提出基于高效率波形的设计思路。3.对未匹配状态下,功放输出波形特征进行分析,推导出高效率波形最优解,提出降低电流波形直流分量,电压波形平坦化的设计方法实现高效率波形,并基于此方法设计了一款工作在2.4GHz的高效率功放,与采用其它方法设计的相同工作条件的功放进行了对比分析,验证了该设计方法的可行性。最后,对该高效率波形最优解的求解步骤进行了详细总结。4.将基于波形的高效率功放设计方法拓展到宽带应用中,采用基波和谐波分离控制的方法,设计了一款工作在1.5GHz-2.5GHz的宽带功放并进行了实物测试,在30d Bm输入信号下,实现了频带内功率附加效率为65-73%,增益9.9d B-11d B的优良性能。本论文的研究工作,对开关类射频功率放大器的理论研究与工程应用有一定的参考价值。
【学位授予单位】：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】：
图 2-4 E类功放漏极输出波形图 E 类功放的输出波形如图 2-4 所示，从中可以明显看出来零电数这两个必要条件，之所以需要限定这两个条件，是为了对波得到图 2-3 输出网络中各个元件的具体参数。方便分析，假设 E 类功放偏置在 B 类工作点，则输入信号仅在即在0 t 时，开关S导通，有电流通过，在 t 2 电流通过，此时可以设流经负载的电流为：( ) sin ( + )0 R Ri t I t t 负载电流的初始相位，RI 为负载上的峰值电流。电压开关条件和零电压导数切换条件可得并联电容两端的电压( )2| 0 tV t ( )2| 0 tdV td t
( )( )121 3 52 3 51 21cos2nn tn + 、、、展开式均对波形的幅度进行了归一化处理。从上述电压、电流电流信号中除了直流分量和基波分量外，只含有偶数次谐波分与之相反，仅含有奇数次谐波分量，由n n nZ V I可以求出：2 2 10, Z , nn nZ+ 取正整数（1-22）可知，F 类功放分偶数次谐波阻抗为零，奇数次谐波要输出匹配网络对谐波的阻抗能够做到这两点，那么即可以称之晶体管漏极端输出的电压波形为半正弦，电压波形为方波。值功放相对应的一类功放称之为逆 F 类功放，其设计思路和原理只是电流变为了方波，电压变为了半正弦波，其各次谐波阻抗也，对于偶数次谐波，阻抗为无穷大，对于奇数次谐波，阻抗为零
dc12,2 B 时，效率最大。漏极电压为：( )1 211 2 sin cos 24 2 211 2 sin cos 24 2 411 2 sin sin 24 2ds dc dcdcdcV V V V VVV + + + + + + + + + + 波阻抗：111 max2 24dcVVZI I 谐波阻抗：222 max34 2dcVVZI I
本文编号：2773999
【学位授予单位】：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】：
图 2-4 E类功放漏极输出波形图 E 类功放的输出波形如图 2-4 所示，从中可以明显看出来零电数这两个必要条件，之所以需要限定这两个条件，是为了对波得到图 2-3 输出网络中各个元件的具体参数。方便分析，假设 E 类功放偏置在 B 类工作点，则输入信号仅在即在0 t 时，开关S导通，有电流通过，在 t 2 电流通过，此时可以设流经负载的电流为：( ) sin ( + )0 R Ri t I t t 负载电流的初始相位，RI 为负载上的峰值电流。电压开关条件和零电压导数切换条件可得并联电容两端的电压( )2| 0 tV t ( )2| 0 tdV td t
( )( )121 3 52 3 51 21cos2nn tn + 、、、展开式均对波形的幅度进行了归一化处理。从上述电压、电流电流信号中除了直流分量和基波分量外，只含有偶数次谐波分与之相反，仅含有奇数次谐波分量，由n n nZ V I可以求出：2 2 10, Z , nn nZ+ 取正整数（1-22）可知，F 类功放分偶数次谐波阻抗为零，奇数次谐波要输出匹配网络对谐波的阻抗能够做到这两点，那么即可以称之晶体管漏极端输出的电压波形为半正弦，电压波形为方波。值功放相对应的一类功放称之为逆 F 类功放，其设计思路和原理只是电流变为了方波，电压变为了半正弦波，其各次谐波阻抗也，对于偶数次谐波，阻抗为无穷大，对于奇数次谐波，阻抗为零
dc12,2 B 时，效率最大。漏极电压为：( )1 211 2 sin cos 24 2 211 2 sin cos 24 2 411 2 sin sin 24 2ds dc dcdcdcV V V V VVV + + + + + + + + + + 波阻抗：111 max2 24dcVVZI I 谐波阻抗：222 max34 2dcVVZI I
【参考文献】
相关博士学位论文 前1条
1 黄超意;宽带线性高效率功率放大器研究[D];电子科技大学;2018年
相关硕士学位论文 前2条
1 刘娇;面向5G超密集网络基站协同节能关键技术研究[D];北京交通大学;2018年
2 马晓磊;L波段准优化E类功放的研究与设计[D];电子科技大学;2015年
本文编号：2773999
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