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高功率S波段LDMOS FET功率放大器的研究

张剑  
【摘要】:固态PA 具有工作电压低,小尺寸,高线性度,低噪声,高效率,寿命长以及高可靠性等优点,已经十分广泛应用在移动通信、雷达、干扰、识别等射频/微波/毫米波系统之中。 第三代移动通信(3G)技术是当前国际通信领域的热点。iSuppli 在报告中预计2005 年3G 设备将占无线运营商资金投入的大部分,到2007 年将占到100%,到2009 年3G 带来的市场高达380 亿美元以上,具有十分广阔的市场前景[1]。3G技术需将复合调制的多载波信号发射出去,从而对RF/微波PA 性能提出了更高的挑战,以满足带宽、输出功率、效率和输出失真度的应用要求。3G 移动通信上行频段为1885~2025MHz(通信基站接收),下行频段为2100~2300MHz(通信基站发送),兼容了WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA)三大3G 标准的工作频段。2.0~2.3GHz 百瓦级微波固态功率放大器在民用上可用于通信发射机(WCDMA、TD-SCDMA),远距离高容量通信基地、微波转发器等;军事上,可以以此为基础开发出S 波段上的1KW~10KW 连续波微波固态功率放大系统,应用于发射机。 本论文重点研制百瓦级S 波段高功率微波固态功率放大器。对高功率微波固态功放的关键技术如宽带匹配技术、功率合成技术进行了讨论分析。采用理论分析与射频电路仿真软件相结合的方法,设计出一个基于LDMOS FET 的S 波段180W两级固态功率放大模块,包括功分/合成设计考虑,180W 功率放大器设计和40W驱动功率放大电路,这些工作为下一步千瓦级固态功率放大系统的设计与研制奠定了基础。 设计的末级180W 功率放大器仿真结果表明在频率范围为2.0~2.3GHz,增益达到14.7dB,增益平坦度为1dB。P1dB 输出功率大于50dBm,功率附加效率大于45%。第一载波频率为2.13808GHz,第二载波频率为2.14192GHz,输出功率为43dBm,三阶交调系数IM3 小于-43dBc,。饱和输出功率达53dBm,最大功率附加效率达60%。 设计的40W驱动功率放大器仿真结果表明在频率范围为2.0~2.3GHz频带内,P1dB 达46dBm,功率附加效率大于45%,功率增益是13.1dB,三阶交调系数为-45dBc,具有较好的线性性能。 设计的两级功率放大模块仿真结果表明在频率范围为2.0~2.3GHz 频带内,P1dB 输出功率大于50dBm,功率附加效率大于50%,线性增益达到28dB 以上,


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