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宽带高效率连续型功率放大器的研究

陈金虎  
【摘要】:连续型功率放大器是一种新型谐波控制型宽带高效率功率放大器。本文主要围绕宽带高效率连续型功率放大器工作原理和设计方法展开研究。论文主要内容和贡献归纳如下:1.文章从时域和频域总结归纳典型的高效率与宽带功率放大器功放类型。基于Load-pull/Soure-pull设计了一款工作在3.0-3.8 GHz的宽带高效率功率放大器,通过提高漏极电压来提高功放增益和输出功率。该宽带高效率功放实现了在2.95-3.75 GHz频段内小信号增益15.7±0.7 dB,在3.0-3.7 GHz频率范围内,饱和输出功率为45.32-46.33 dBm,漏极效率56.06%-64.56%。文章提出了一种基于峰值功放级联的高增益宽带高效率新型Doherty功放结构,并通过设计3.6-3.9 GHz的宽带Doherty功放进行仿真验证,实现了小信号增益13.9-14.9 dB,饱和输出功率49.3-51.1 dBm,功率附加效率(Power-added Efficiency:PAE)为56%-62.6%,功率回退7-8 dB,PAE优于50%的仿真结果。2.文章对连续B/J类,连续F类等连续型功率放大器进行系统性的理论研究,并对连续型功率放大器进行拓展,提出宽带高效率混合连续型功放工作模式。基于混合连续型功率放大器的阻抗匹配空间进行宽带高效率功放设计,其设计自由度更大,并通过设计一款相对带宽为54.5%,工作频段为1.6-2.8 GHz的宽带高效率功放验证了其可行性和优越性。该宽带高效率混合连续型功率放大器仿真所得的基波阻抗在预测的阻抗范围内或者附近,并实现了目标频带内漏极效率67.5%-81.9%,输出功率8.1-17.8 W实测结果。3.文章理论推导混合连续型功率放大器电流源平面阻抗到封装平面的转换,转换后的封装端面阻抗可直接用于输出匹配网络综合。利用封装端面的阻抗再结合Load-pull技术确定高效率高输出功率的谐波阻抗区域,设计了一款工作在1.5-2.7 GHz的宽带高效率混合连续型功率放大器,仿真所得到的基波阻抗很好的符合计算值,二次谐波在高效率高输出功率阻抗区域内并大部分靠近Smith圆图边缘,实测结果表明:在1.4-2.7 GHz频率范围内,饱和输出功率10.7-16.6 W,漏极效率达到70.4%-78.3%。在峰均比为6 dB的宽带5 MHz的WCDMA测试信号下,当ACLR临界低于-30 dBc时,平均输出功率35.2-38.1 d Bm,平均漏极效率42.2%-50.8%。


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