用于雷达T/R模块的多频段可重构功率放大器设计
发布时间：2020-12-13 13:03
T/R组件是有源相控阵雷达技术的核心,其主要功能是根据外部控制信号对微波信号进行放大、移相和衰减。功率放大器是其中的关键部件,设计多频段可重构的高效率高功率的功率放大器对于减少电源消耗,提高系统稳定性,节约系统成本都有十分重大的意义。首先本文在对功率放大器基本性能参数、分类、阻抗匹配网络进行简要介绍的基础上,分别研究了 L/S双频段及L/S/C三频段可重构射频功率放大器,设计了两种功率放大器结构。论文的主要工作如下:(1)L/S双频段采用共源级放大电路和E类功率放大器两级级联的方式实现功率放大,E类功放能实现较高的效率,以CMOS传输门作为可重构器件,输入输出端均采用可重构结构实现两种频段的切换。(2)L/S/C三频段采用自偏置的共源共栅放大电路和AB类功率放大器两级级联的结构,第一级主要提供电路增益,第二级主要进行功率放大。输出端将阻抗匹配和滤波电路相结合,采用可重构器件实现三个频段可重构的目的。实现了效率、线性度和输出功率良好的折中。其次,本文基于中芯国际(SMIC)CMOS工艺完成了 L/S双频段和L/S/C三频段可重构功率放大器设计与仿真。仿真结果表明,两种多频段可重构功率放大...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２?Ｈ阶交调失真??Ｆｉ２－２?Ｔｈｉｒｄ－ｏｒｄｅｒ?Ｉｎｔｅｒ－ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ?Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ??
?２．２．１?Ａ类、Ｂ类、Ｃ类、ＡＢ类功率放大器??四种功率放大器的主要差别在于偏置情况的不同。它们都可Ｗ通过如图２－４所??示的通用功率放大器模型来理解ＰＷ。??Ｖｎｎ??麵肌??＜?＞?Ｉ?Ｉ?Ｉ?ｔ?Ｔ?。？ＵＴ???ＩＭ?ＢＦＣ?Ｉ??？Ｖ／ｗ?韦二二。??１?ｙ?．．??图２－４通用功率放大器模型??Ｆｉｇ２－４?Ｇｅｎｅｒａｌ?Ｐｏｗｅｒ?Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ?Ｍｏｄｅｌ??在图２－４所示的通用模型中，负载电阻馬接收传递到输出端的功率，大电感??ＢＦＬ把直流功率传输到晶体管的漏极，并保证使流过晶体管的电流基本恒定不变。??晶体管漏极通过一个电容ＢＦＣ连接一个ＬＣ震荡回路，使负载中没有任何ＤＣ功??耗。??（１）?Ａ类功率放大器??Ａ类功率放大器是根据选择偏置的大小使晶体管王作在饱和区，使其在一个??周期内电路均导通，即导通角为％０’。它是一种线性放大器，能够对输入信号进??行线性放大，不会使信号的幅值和相位产生明显的失真，但其效率却非常低，在??理想状态下效率仅为５０％
?？??漏极电流和漏极电压近似地如图２－６所示。??‘‘Ｖ助??＂－－ｖ／Ｖ／Ｖ／???？??ｔ??＇广?Ａ?Ａ?Ａ??围２－６?Ｂ类放大器的漏极电压和电流??Ｆｉｇ?２－６?Ｃｌａｓｓ?Ｂ?Ａｍｐｌｉ打ｅｒ?Ｄｒａｉｎ?Ｖｏｌｔａｇｅ?ａｎｄ?Ｃｕｒｒｅｎｔ??漏极电流的基波分量及输出电压分别为式（２－１６）??＇如ｄ?＝争Ｊ＾ｆ（ｓｉｎｗ〇ｔ）（ｓｉｎｗ〇９ｄｔ＝＾?口－１６）??ｓｙ?灰ｉＳｉｎ?份〇ｔ?口－１７）??由于Ｖ。。，最大可能的值是Ｆ。。，由式（２－１７）可得最大值为式（２－１８）??臟（２－１８）??要计算ＤＣ输入功率需要先计算平均漏极电流如式（２－１９）??！．凸＝丄ｆ?马在＾ｓｉｎ邱ｔｄｔ?＝当苗?口－Ｗ??凸ｒＪｏ馬?。巧馬?、Ｊ??提供的ＤＣ功率和输出功率分别为式（２－２０）和式（２－２１）??２＾２??＾ＤＣ＝—＾?口－２０）??巧民Ｌ??巧＝專?口－２１）??心。是负载电阻；？１两端信号的幅值。幅值的最大值为戸＾，所切最大输出功率为??式（２－２２）??户。’ｍａｘ＝学?口－２。??可得到Ｂ类放大器的最大漏极效率为式（２－２３）??這２２Ｌ?＝互?ｓＯ．７８５?（２－２３）??Ｐ〇ｃ?４??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种星载雷达T/R组件与波控单元连接设计[J]. 程丹,王长武. 电子机械工程. 2015(01)
[2]0.18μm CMOS高效高增益功率放大器设计[J]. 张海鹏,汪洋,李浩. 杭州电子科技大学学报. 2012(05)
[3]可重构天线的研究现状与发展趋势[J]. 王安国,张佳杰,王鹏,侯永宏. 电波科学学报. 2008(05)
[4]多功能相控阵雷达实时任务调度研究[J]. 卢建斌,胡卫东,郁文贤. 电子学报. 2006(04)
[5]光控相控阵雷达发展动态和实现中的关键技术[J]. 何子述,金林,韩蕴洁,严济鸿. 电子学报. 2005(12)
[6]无线通信系统模块化设计标准体系的研究[J]. 邱永红,王庭昌,范建华,郭明. 解放军理工大学学报(自然科学版). 2003(01)
[7]分布式无线通信系统的概念平台[J]. 王京,姚彦,赵明,周世东,王艺,粟欣. 电子学报. 2002(07)
[8]收发全数字波束形成相控阵雷达关键技术研究[J]. 吴曼青,王炎,靳学明. 系统工程与电子技术. 2001(04)
硕士论文
[1]基于0.13μm SiGe HBT工艺的射频功率放大器设计[D]. 王统.山东大学 2012
[2]基于0.13μm SiGe工艺的功率单元及功率放大器的设计[D]. 陶可欣.湖南大学 2012
[3]蜂窝移动通信系统中频率占用建模研究[D]. 唐韵.电子科技大学 2010
[4]射频CMOS多频段功率放大器的研究与设计[D]. 崔艳娜.北京交通大学 2008
[5]CMOS射频集成电路功率放大器设计[D]. 王燕.哈尔滨工业大学 2006
[6]L波段大功率有源相控阵雷达T/R组件的设计与实现[D]. 顾颖言.南京理工大学 2006
本文编号：2914581
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２?Ｈ阶交调失真??Ｆｉ２－２?Ｔｈｉｒｄ－ｏｒｄｅｒ?Ｉｎｔｅｒ－ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ?Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ??
?２．２．１?Ａ类、Ｂ类、Ｃ类、ＡＢ类功率放大器??四种功率放大器的主要差别在于偏置情况的不同。它们都可Ｗ通过如图２－４所??示的通用功率放大器模型来理解ＰＷ。??Ｖｎｎ??麵肌??＜?＞?Ｉ?Ｉ?Ｉ?ｔ?Ｔ?。？ＵＴ???ＩＭ?ＢＦＣ?Ｉ??？Ｖ／ｗ?韦二二。??１?ｙ?．．??图２－４通用功率放大器模型??Ｆｉｇ２－４?Ｇｅｎｅｒａｌ?Ｐｏｗｅｒ?Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ?Ｍｏｄｅｌ??在图２－４所示的通用模型中，负载电阻馬接收传递到输出端的功率，大电感??ＢＦＬ把直流功率传输到晶体管的漏极，并保证使流过晶体管的电流基本恒定不变。??晶体管漏极通过一个电容ＢＦＣ连接一个ＬＣ震荡回路，使负载中没有任何ＤＣ功??耗。??（１）?Ａ类功率放大器??Ａ类功率放大器是根据选择偏置的大小使晶体管王作在饱和区，使其在一个??周期内电路均导通，即导通角为％０’。它是一种线性放大器，能够对输入信号进??行线性放大，不会使信号的幅值和相位产生明显的失真，但其效率却非常低，在??理想状态下效率仅为５０％
?？??漏极电流和漏极电压近似地如图２－６所示。??‘‘Ｖ助??＂－－ｖ／Ｖ／Ｖ／???？??ｔ??＇广?Ａ?Ａ?Ａ??围２－６?Ｂ类放大器的漏极电压和电流??Ｆｉｇ?２－６?Ｃｌａｓｓ?Ｂ?Ａｍｐｌｉ打ｅｒ?Ｄｒａｉｎ?Ｖｏｌｔａｇｅ?ａｎｄ?Ｃｕｒｒｅｎｔ??漏极电流的基波分量及输出电压分别为式（２－１６）??＇如ｄ?＝争Ｊ＾ｆ（ｓｉｎｗ〇ｔ）（ｓｉｎｗ〇９ｄｔ＝＾?口－１６）??ｓｙ?灰ｉＳｉｎ?份〇ｔ?口－１７）??由于Ｖ。。，最大可能的值是Ｆ。。，由式（２－１７）可得最大值为式（２－１８）??臟（２－１８）??要计算ＤＣ输入功率需要先计算平均漏极电流如式（２－１９）??！．凸＝丄ｆ?马在＾ｓｉｎ邱ｔｄｔ?＝当苗?口－Ｗ??凸ｒＪｏ馬?。巧馬?、Ｊ??提供的ＤＣ功率和输出功率分别为式（２－２０）和式（２－２１）??２＾２??＾ＤＣ＝—＾?口－２０）??巧民Ｌ??巧＝專?口－２１）??心。是负载电阻；？１两端信号的幅值。幅值的最大值为戸＾，所切最大输出功率为??式（２－２２）??户。’ｍａｘ＝学?口－２。??可得到Ｂ类放大器的最大漏极效率为式（２－２３）??這２２Ｌ?＝互?ｓＯ．７８５?（２－２３）??Ｐ〇ｃ?４??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种星载雷达T/R组件与波控单元连接设计[J]. 程丹,王长武. 电子机械工程. 2015(01)
[2]0.18μm CMOS高效高增益功率放大器设计[J]. 张海鹏,汪洋,李浩. 杭州电子科技大学学报. 2012(05)
[3]可重构天线的研究现状与发展趋势[J]. 王安国,张佳杰,王鹏,侯永宏. 电波科学学报. 2008(05)
[4]多功能相控阵雷达实时任务调度研究[J]. 卢建斌,胡卫东,郁文贤. 电子学报. 2006(04)
[5]光控相控阵雷达发展动态和实现中的关键技术[J]. 何子述,金林,韩蕴洁,严济鸿. 电子学报. 2005(12)
[6]无线通信系统模块化设计标准体系的研究[J]. 邱永红,王庭昌,范建华,郭明. 解放军理工大学学报(自然科学版). 2003(01)
[7]分布式无线通信系统的概念平台[J]. 王京,姚彦,赵明,周世东,王艺,粟欣. 电子学报. 2002(07)
[8]收发全数字波束形成相控阵雷达关键技术研究[J]. 吴曼青,王炎,靳学明. 系统工程与电子技术. 2001(04)
硕士论文
[1]基于0.13μm SiGe HBT工艺的射频功率放大器设计[D]. 王统.山东大学 2012
[2]基于0.13μm SiGe工艺的功率单元及功率放大器的设计[D]. 陶可欣.湖南大学 2012
[3]蜂窝移动通信系统中频率占用建模研究[D]. 唐韵.电子科技大学 2010
[4]射频CMOS多频段功率放大器的研究与设计[D]. 崔艳娜.北京交通大学 2008
[5]CMOS射频集成电路功率放大器设计[D]. 王燕.哈尔滨工业大学 2006
[6]L波段大功率有源相控阵雷达T/R组件的设计与实现[D]. 顾颖言.南京理工大学 2006
本文编号：2914581
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