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基于GaAs的Doherty功放与分布式放大器设计

张忠山  
【摘要】:长久以来,放大器的设计都是射频前端设计中的重点和热点。近年来,通讯技术的飞速发展大大改善了我们的生活质量,但是,随之而来,我们必须克服在通信系统的设计过程中的困难。例如为有效地利用频谱资源,实现信号的高速传输,使得像OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)这类非恒包络的复杂数字调制技术应用广泛,然而此类调制得到的非恒包络信号具有很高的峰均功率比(Peak to Average Power Ratio,PAPR),这就要求放大器要在放大此类信号时,要保持在较大的回退功率范围保持良好的线性度,以及较高的效率。再者,通信系统的发展,除了保持数据的高速传输外,也对通信系统的带宽提出了更高的要求。分布式放大器作为典型的超宽带的放大器,一直就是学者们研究的焦点之一。首先,论文着重调研了Doherty放大器和分布式放大器的研究背景和发展现状,针对放大器的各种性能指标进行了讲解说明,指标包括增益、输出功率、噪声系数、效率等,并对放大器的分类进行了说明。之后分别设计了两个放大器,Doherty放大器和分布式放大器,并给出详细的设计过程。针对追求保持放大器在回退区高效率的问题,本文在第三章设计了一个Ka波段的宽带的Doherty放大器,用来满足通讯系统的需要。在设计时采用带有相移的、低Q值的宽带匹配网络实现了在24–30 GHz的宽频带范围内输出P_(1dB)大于24dBm,饱和输出功率26 dBm,典型在28 GHz处,饱和时的效率37%,回退6 dB效率大于27%。在第四章,本文设计了一款0.9–6 GHz的分布式放大器,放大器基于0.25-μm GaAs工艺,采用cascode作为增益单元,实现了高增益高功率的输出。测试结果表明,所设计的频带小信号增益大于12.5 dB,输出P_(1dB)大于30 dBm,并且输入回波损耗均在-10 dB以下。


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