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微波功率放大器匹配网络及电磁温度效应研究

郭浩威  
【摘要】:对于微波设备的RF信号功率放大器设计,输出匹配电路的性能非常关键。在选择传输线设计电路的过程中,有一个问题常常为人们所忽视,那就是输出匹配电路的功率损耗。功耗的损耗过多而导致温度升高,电路不正常工作问题。这些功率损耗出现在匹配网络的电容器、电感器、传输线,以及其他耗能元件中。功率损耗会引起功率放大器阻抗严重不匹配,产生较大的能量反射到输入端,以热量的方式辐射,这将会大大降低功率放大器的工作效率及功率输出能力。 本文主要以微波功率放大器微带线匹配电路的功率损耗及电磁温度效应是为研究对象。设计一个基于频率2.0GHz功率放大器的匹配电路模块,其输入、输出都连接到特征阻抗Z0为50Ω的连接头,匹配电路使用微带传输线的技术。本文的主要工作是: 1、介绍了功率放大器的设计与阻抗匹配技术的研究发展与现状。 2、详细分析微带线的特征阻抗、传输的特点和其他参数,以及在实际设计中要注意的事项。 3、基于史密斯圆图,快速掌握设计功率放大器匹配电路方法,清楚、有条理的分析介绍每一环节。 4、使用Agilent公司的软件ADS(Advanced Design System)来设计和仿真三种拓扑结构的匹配电路,和产生PCB(Printed Circuit Board)板。 5、提出了功率放大器的匹配电路的测试方案,并给出测试结果,并且提出一个较好的分析方法,全面的了解微带传输线的电磁和温度性能,来对比三种输出匹配电路的性能。 通过实验研究发现,单、双短截线的匹配电路能量损耗呈现出明暗的现象,四分之一波长变换器则在不连续出热点明显,微带线损耗的功率使得局部温度相对高,以热量的形式辐射出去;若辐射的能量过大时,可能会使得传输线弯曲变形从而导致传输线失效,影响输出功率。 本文采用微带线技术,结合电磁温度效应对功率放大器的输出匹配电路的初次探索,虽然文中仍然存在着一些需要解决的问题,但是为匹配网络如何应对损耗和温度的因素提供了一个新的测量方法。该方法不仅仅适应于功放的匹配网络,对于其他类型的器件匹配,也具有一定的指导意义,如天线的匹配。这种测量方法在研究中将不断地发展。随着课题的进一步深入研究,可以使微波集成器件的应用更加成熟。


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