高效率双频连续F类功率放大器的设计

为满足多标准和多频段无线通信的需求,针对特定频段如何提高效率问题,基于连续F类功放的谐波控制理论,提出了一种高达三次谐波控制的双频功放设计方法,实现了两个频段的高效率性能。首先,分析了电流源平面的各次谐波阻抗,基于连续F类阻抗设计空间的灵活性,设计的双频谐波控制网络将二次谐波控制在短路点附近,同时将三次谐波控制在开路点附近,可提高任意两个频段功放的效率。随后,针对传统耦合器基频匹配网络在多频匹配方面的不足,提出了改进的双频阻抗匹配网络,简化了匹配方法并实现了不同频点的最佳基波阻抗同时匹配到标准的50Ω。最后,使用Cree公司的CGH40010F GaN HEMT设计了一款工作在1.8和2.6 GHz的双频连续F类功率放大器,并进行测试,结果显示在1.8和2.6 GHz的饱和输出功率分别为40.6 dBm和39.5 dBm,最大功率附加效率分别为75.4%和74%,最大漏级效率均大于75%。测试结果表明,所提出的双频谐波控制网络设计方法在提高功放效率方面具有显著优势。

2~6 GHz紧凑型、高效率GaN MMIC功率放大器

基于0.25μm SiC衬底的GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,根据有源器件的G_(max)和输出功率密度,选择末级功率器件尺寸并确定其最优阻抗;采用三级放大器,其栅宽比为1:4:16,实现高功率增益和高效率;利用等Q匹配技术,把偏置电路融入匹配电路中,实现简单、低损耗和宽带阻抗变换;借助电磁场寄生参数提取技术实现紧凑型芯片版图,尺寸为2.8 mm×2.0 mm。测试结果表明,偏置条件漏极电压U_(D)=28 V、U_(G)=-2.2 V,在2~6 GHz频率范围内,功率放大器增益大于24 dB,饱和输出功率大于43 dBm,功率附加效率大于45%,可广泛应用于电子对抗和电子围栏等领域。

高功率附加效率的InGaP/GaAs功率HBT

采用发射极 基极金属自对准工艺 ,成功研制出了InGaP/GaAs功率HBT .发射极尺寸为 (3μm× 15 μm)× 16的功率器件的截止频率和最高振荡频率分别为 5 5GHz和 35GHz .在片load pull测试表明 :当工作频率为 1GHz时 ,器件工作在AB类 ,该功率管最大输出功率为 2 3 5dBm ,最大功率附加效率达 6 0 % ,P1dB的输出功率为 2 1dBm ,对应增益为 16dB ,工作电压为 3 5V .

一种高性能功率放大器-圆极化天线的一体化设计

本文设计了一种具有圆极化辐射特性的高性能功率放大器-天线一体化电路。通过直接优化圆极化天线的输入阻抗,使之与消除输出匹配网络的功放电路直接集成。这种无缝集成方式不仅有效减少了插入和失配损耗以及整体电路尺寸,而且提高了整体的性能。采用的圆极化天线由矩形贴片和改进的地平面组成,通过在地平面上增加垂直短截线和切割水平缝隙,增强了天线的3 dB轴比带宽。为了验证,设计、制造和测量了工作在3.4 GHz~3.6 GHz的一体化电路原型。实验结果显示,功放-圆极化天线一体化电路在工作频带内的功率附加效率(PAE)超过60%,且3 dB轴比带宽达到320 MHz(相对于3500 MHz的中心频率为9.1%)。相较于传统的级联设计,PAE提高了8.5%,3 dB轴比带宽也得以改善。

一种X波段150W紧凑型功率放大器MMIC

基于0.35μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺平台设计了一款功率放大器单片微波集成电路(MMIC),采用双场板将HEMT的击穿电压提升至200 V;借助热电联合设计,优化HEMT的栅栅间距和末级HEMT布局,器件热阻降至0.55℃/W;输出匹配融合了功率分配/合成、阻抗变换和谐波调谐等功能,并通过多电容串联提高了击穿电压,增强了电路的鲁棒性;优化了版图布局,末级HEMT采用两两共地,并利用片上电感以缩短栅极偏置线,减小了芯片面积。最终,实现了饱和输出功率大于150 W、功率附加效率大于40%、功率增益大于22 dB的X波段功率放大器MMIC,其尺寸为3.8 mm×5.3 mm。该功率放大器MMIC可广泛应用于通信领域。

7~13 GHz宽带高效率驱动放大器设计

基于0.25μm GaAs PHEMT工艺设计了一款7~13 GHz微波单片高效率驱动放大器。芯片采用两级级联拓扑结构,在输入级引入共源并联负反馈结构拓宽工作带宽,同时为兼顾输出功率和效率,在输出级引入等效RC模型拟合输出管芯的最优阻抗。基于等效RC模型,通过采用电抗匹配方式降低输出宽带匹配网络的损耗来实现较高的输出功率和附加效率。实测与仿真曲线吻合度较好,实测结果显示:在7~13 GHz工作带宽范围内,输入驻波比小于1.5,输出驻波比小于1.8,线性增益大于13 d B,3 d B压缩点输出功率大于24 d Bm,功率附加效率大于35%,芯片面积为1.8 mm×0.8 mm。

一种基于LDMOS器件结构优化提升功率放大器功率附加效率的方法

本文介绍了一种通过改进LDMOS的器件结构,提升以LDMOS搭建的功率放大器的功率附加效率大信号指标的方法。在器件仿真环境中,通过对LDMOS的漂移区进行结构优化,提升器件的小信号增益,然后利用器件等效建模技术,在电路仿真环境中,搭建出功率放大器进行大信号仿真,在相同的工作条件下功率附加效率提升了约5%左右。

应用于LTE的高效率高线性功率放大器

基于2μm InGaP/GaAs HBT工艺,设计并实现了一种用于LTE终端的高效率、高线性功率放大器。采用模拟预失真和相位补偿器抑制幅度失真和相位失真,实现了高线性度;利用二次谐波终端电容改变电路工作模式,减少时域电压电流的重叠损耗功率,提高了功率附加效率。结果表明,在3.4 V电源电压、2.8 V偏置电压时,在工作频带815~915 MHz范围内,该功率放大器的增益大于29.5 dB,输入回波损耗小于-13.2 dB;在10 MHz LTE输入调制信号、28 dBm回退输出功率时,功率附加效率为39%~41%,第一相邻信道泄漏比ACLR;小于-38.1 dBc,第二相邻信道泄漏比ACLR_(1)小于-44.8 dBc。

高效率Doherty功率放大器的研究与设计

针对目前第三代通信系统中OFDM信号的高峰均比特性,研究了高效率的Doherty功放结构。用ADS对Doherty功放和传统的AB类平衡放大器进行了仿真对比,然后对两者实物进行了测试,结果表明当Doherty功放在功率回退6dB的情况下仍能维持37%的功率附加效率,此时三阶交调系数能达到-42dBc,适用于第三代无线通信。

C波段高效率高线性GaN MMIC功率放大器

基于SiC衬底0.25μm GaN HEMT工艺,设计实现了一款C波段、高效率和高线性的单片微波集成电路(MMIC)功率放大器。通过优化电路匹配结构,选择合适的有源器件和恰当的直流偏置条件,实现低视频漏极阻抗;利用后级增益压缩和前级增益扩张对消等手段,实现高功率附加效率和好的线性指标。功率放大器芯片尺寸为2.35 mm×1.40 mm。芯片测试结果表明,在3.7~4.2 GHz频率范围内,漏极电压28 V、末级栅极电压-2.2 V、前级栅极电压-1.8 V和连续波条件下,该功率放大器的小信号增益大于25 dB,大信号增益大于20 dB,饱和输出功率大于39 dBm,在输出功率回退至32 dBm时,功率附加效率大于30%,三阶交调失真小于-37 dBc。

一种60 GHz CMOS高效率功率放大器

为了满足短距离无线高速传输的应用需求,基于SMIC 90nm 1P9M CMOS工艺,设计了一种可工作在60GHz的功率放大器(PA)。该PA为单端三级级联结构。采用顶层金属方法,设计具有高品质因子的小感值螺旋电感,用于输入、输出和级间匹配电路,以提高电路的整体性能。通过减少传输损耗和输出匹配损耗,提高了附加功率效率。仿真结果表明,在1.2V电源电压下,该PA的功率增益为17.2dB,1dB压缩点的输出功率为8.1dBm,饱和输出功率为12.1dBm,峰值功率附加效率为15.7%,直流功耗为70mW。各性能指标均满足60GHz通信系统的要求。

一款3.5GHz高效率F类功率放大器的研究与设计

根据F类功率放大器的电路结构特点,给出用LC匹配电路设计输出端的三阶谐波抑制网络的方法,设计了一款工作频率为3.5GHz的F类功率放大器。仿真结果输出功率为37dBm,功率附加效率为68%,谐波失真得到很好抑制,效率得到提高。

一种42~46 GHz高效率功率放大器设计

基于GaN HEMT工艺,对HEMT器件大信号模型进行研究,并设计了一款工作频率范围为42~46 GHz的功率放大器芯片。电路采用三级级联放大,使用Wilkinson网络结构进行功率分配/合成,各级选取合适的栅宽以满足功率、效率和增益等指标。芯片尺寸为2.70 mm×2.90 mm。芯片测试结果表明,在42~46 GHz内,饱和输出功率大于41 dBm,功率增益大于18 dB,功率附加效率大于30%。

应用于LTE band1的高效率功率放大器设计

设计了一种应用于LTE band1的带有自适应线性化偏置电路的高效率双链式HBT功率放大器。该电路基于InGaP/GaAs HBT工艺设计,通过控制偏置电路电压来选择高功率和低功率模式,对高功率模式仿真和测试结果进行分析。通过调试,最终高功率模式输出功率为28dBm时,增益为27.5dB,功率附加效率为43%,ACPR为-38dBc。在低功率模式输出功率为16dBm时有21%的功率附加效率。

应用于WLAN的高效率F类功率放大器

为了提高在高速率信号传输下无线通讯发射系统中功率放大器的工作效率,提出了一种结构新颖的高效率F类功率放大器.通过计算机仿真与实验板调试相结合的方法确定了放大器的最佳漏极阻抗,根据F类放大器漏极电压和漏极电流是相位差为λ/4的方波和半正弦波的特性,通过仿真软件设计和优化,设计出的谐波滤波网络在输出谐波频点有良好的滤波性能.为了降低栅源电容对输入信号造成的失真,在输入端口加入短截线,提高了放大器的漏极效率.通过测试,功率放大器工作在2.4GHz时,在2dB增益压缩点的功率附加效率为67%,输出功率为30dBm.测试结果表明,该高效率功率放大器适合应用于WLAN无线通讯发射系统.

用于WPT的高效率氮化镓E类功率放大器研究

无线能量传输系统(WPT)具有高度的灵活性和便利性,可作为电源元件广泛应用于可穿戴和便携式电子设备领域。但受传输频率、发射模块功率放大电路的损耗等因素对传输效率和传输距离的影响,WPT无法充分发挥其预期的潜力。为改善WPT的传输效率,提出了一种高效率氮化镓E类功率放大器,并通过理论分析确定了工作频率和功率管型号,然后运用ADS软件对基于氮化镓(GaN)的E类功率放大电路进行了参数设计和仿真调试。仿真结果表明,在工作频率为13.56 MHz、负载为50Ω的情况下,功率附加效率(PAE)最大可达97.4%,输出功率可达44.4 dBm,同时在20~100Ω负载范围内,PAE都能达到90%以上,符合分析结果,可用于提高WPT系统的传输效率和传输距离。

一种高效率2.4 GHz CMOSE类功率放大器

基于IBM SOI 0.18μm CMOS工艺,设计了一种高功率附加效率(PAE)的E类功率放大器,由驱动级和输出级两级构成。驱动级采用E类结构,使输出级能更好地实现开与关。输出级采用电感谐振寄生电容,提高了效率。输出级的共栅管采用自偏置的方式,防止晶体管被击穿。两级之间使用了改善输出级电压和电流交叠的网络。仿真结果表明,在2.8 V电源电压下,工作频率为2.4 GHz时,功率放大器的输出功率为23.17 d Bm,PAE为57.7%。

基于GaAs-0.25μm L波段高效率功率放大器设计

针对功率放大器在宽频带范围内存在效率低、增益平坦度陡峭而导致导航定位系统能量利用率过低的问题,基于海威华芯0.25μm GaAs pHEMT工艺,利用负载牵引技术和LRC增益均衡结构,设计了一款高效率、平坦化高增益的单片微波集成(MMIC)功率放大器芯片。结果表明:在1475~1675MHz工作频带内,功率放大器的功率附加效率为55%~62.3%,增益平坦度为±0.29dB,同时其功率增益和输出功率分别达到32.65dB和33.5dBm。

一种2～20 GHz超宽带高效率功率放大器

基于0.25μm GaAs pHEMT工艺,设计了一种2～20GHz的超宽带高效率功率放大器。该功率放大器采用非均匀分布式结构,可以为各级晶体管提供最佳负载阻抗。引入了漏极并联电容,以平衡输入与输出传输线的相速度,提高了输出功率和效率。在栅极引入了RC并联电路,能提高输入传输线的截止频率,保证电路稳定。仿真结果表明,在2～20GHz的频带范围内,该功率放大器的增益为(10.7±1.2)dB,输入回波损耗小于-10dB,饱和输出功率为28.8～29.7dBm,功率附加效率(PAE)为33%～47%。

26 GHz高回退效率Doherty功率放大器

针对功率回退时主路功率放大器不能有效进入饱和状态导致Doherty功率放大器回退效率低的问题,通过降低主路功率放大器的供电电压,实现了高回退效率,同时增大辅路功放管的尺寸弥补了电路的总输出功率。基于0. 1μm GaAs pHMET工艺,设计了一个26 GHz两级非对称的Doherty功率放大器。仿真结果表明,在26 GHz时增益达到16 dB,功放的饱和输出功率为27. 4 dBm,峰值功率附加效率(PAE)为40. 7%,输出功率回退7 dB时PAE仍达到38%,与传统Doherty功率放大器相比具有更高的回退效率,版图的尺寸为3. 2 mm×2. 2 mm。