多模多帶功率放大器研究.pdf

1、隨著無線通信標準的多樣化發(fā)展，射頻發(fā)射機中所有組件都需要同時處理多種模式和多種頻帶的通信信號。在射頻發(fā)射機中負責將小功率信號轉(zhuǎn)化為合適的大功率信號的功率放大器，其工作特性與信號頻率密切相關，因此也需要多模多帶化。根據(jù)信號的分布特點，本文提出兩類功率放大器的技術方案來實現(xiàn)對多種模式和多種頻帶的信號進行放大：當需要處理的信號分布在一個倍頻程內(nèi)，采用寬帶高效率功率放大器技術；當需要處理的信號分布超過一個倍頻程，采用多帶高效率功率放大器技術。本

2、文首先分析了次定逆E類功率放大器和次定E類功率放大器兩類高效率功率放大器，然后分別對寬帶功率放大器和多帶功率放大器進行了研究。本文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點包含以下四個方面。
　　1.次定（Sub-nominal）逆E類功率放大器性能分析。逆E類功率放大器的負載電阻在實際工作會發(fā)生一定的變化。當它的負載電阻變化時，逆E類功率放大器僅滿足零電流切換，而不再滿足零電流導數(shù)切換。為了和同時滿足零電流切換和零電流導數(shù)切換的準定逆E類功率放大器相區(qū)

3、別，將只滿足零電流切換的逆E類功率放大器命名為次定逆E類功率放大器。本文分析了次定條件逆E類功率放大器的性能表現(xiàn)，結果顯示次定條件逆E類功率放大器具有100％的理論漏極效率。并且由于零電流導數(shù)切換條件的取消，次定條件逆E類功率放大器新增一個設計參數(shù)，提高了次定條件逆E類功率放大器設計自由度?？紤]到信號占空比對次定條件逆E類功率放大器性能也有一定的影響，本文接著分析了任意占空比信號驅(qū)動下的次定逆E類功率放大器的性能。分析表明次定逆E類功率

4、放大器在任意占空比和任意次定條件下的理論漏極效率皆為100%。為了驗證任意占空比信號驅(qū)動的次定逆E類功率放大器的性能，在穩(wěn)懋半導體0.1μm GaAs p-HEMT基底上設計了一個次定逆E類功率放大器，仿真結果和理論結果高度一致，驗證了所提出理論的正確性。
　　2.次定連續(xù)E類功率放大器設計。本文通過分析發(fā)現(xiàn)，漏極電流在開關切換時刻的時延對次定E類功率放大器的效率有較大的影響，為了降低漏極電流在開關切換時刻對次定E類功率放大器效率

5、的影響，本文提出了工作在次定條件下的連續(xù)E類功率放大器。次定連續(xù)E類功率放大器意味著E類功率放大器僅滿足零電壓切換，它通過對基波和二次諧波阻抗的調(diào)整，不僅可以表現(xiàn)出100%的理論漏極效率；還可以表現(xiàn)出寬帶的特性。相比傳統(tǒng)的基于電抗補償技術的E類寬帶功率放大器，次定條件連續(xù)E類功率放大器帶寬更寬，設計自由度更多，設計過程更加簡單。
　　3.寬帶高效率功率放大器。當信號帶寬分布在一個倍頻程內(nèi)，寬帶高效率功率放大器是一個較優(yōu)的解決方案。

6、本文首先采用電抗補償技術，對次定逆E類功率放大器的帶寬進行了拓寬?？紤]到寬帶次定逆E類功率放大器常用于集成電路，本文提出兩類面向基站的寬帶高效率功率放大器方案：擴展的連續(xù)F類功率放大器和基于損耗最小的切比雪夫?qū)拵Чβ史糯笃?。通過對傳統(tǒng)的連續(xù)F類功率放大器的電流電壓波形分析，發(fā)現(xiàn)它只能在一個倍頻程內(nèi)獲得高效率，因此本文提出一種改進方案，極大地擴寬了傳統(tǒng)連續(xù)F類功率放大器的帶寬。實驗表明改進的連續(xù)F類功率放大器能在0.4-2.3 GHz范圍

7、內(nèi)表現(xiàn)出較高的效率和合理的增益。另外，傳統(tǒng)的基于損耗最小的切比雪夫匹配理論的帶寬匹配技術由于采用了諾頓變換器，常常出現(xiàn)無解的局面。本文采用簡化實頻技術對該方法進行了改進。改進后的方法避免了解空間狹小這一缺點，擴大了該方法的使用范圍。利用該方法設計的寬帶高效率功率放大器的增益波動在1 dB內(nèi)。
　　4.雙帶和三帶功率放大器。當信號帶寬分布超過一個倍頻程，多帶功率放大器是一個更好的解決方案。為了實現(xiàn)級聯(lián)的功率放大器級間匹配，首先提出了

8、一個基于無損微帶線的Π型雙帶阻抗變換器。它能夠在任意兩個頻點，將兩個任意的復數(shù)源阻抗變換到另外兩個任意的復數(shù)負載阻抗。傳統(tǒng)的同類雙帶阻抗變換器需要求解一元四次方程，并需要手工驗證解的正確性。而本文所提出的雙帶阻抗變換器設計簡單，適合CAD自動設計。本文其次提出了一種基于傳輸功率增益的多帶阻抗匹配網(wǎng)絡優(yōu)化法，并通過改進的粒子群優(yōu)化算法求解。在此基礎上，分別設計了基于基波和二次諧波阻抗控制的雙帶功率放大器和基于非零電壓導數(shù)切換的三帶E類功率