用于非线性超声检测的高频高功率E类功率放大器研究

超声波与金属的微小缺陷相互作用可产生非线性效应,由于非线性效应信号弱,在微小缺陷检测时必须采用高频高功率的发射装置来增强非线性效应信号强度。为此研究了一款高频大功率的超声驱动放大电路,该放大电路选用开关速度快、耐高压的氮化镓晶体管设计高效率的零电压开关(ZVS)型E类功率放大器,设计开关管保护电路、输入输出匹配电路以及可独立控制导通和关断驱动强度的栅极驱动电路,确保了高频高压大功率信号的高效输出。经测试,该E类功放驱动电路在工作频率为5 MHz,供电电压100 V时瞬时输出功率为223.9 W,峰值电压为150 V,直流转换效率为76.7%,表明该驱动电路可以用做高频大功率超声发射驱动。

基于E类功率放大器的四线圈中距离无线输电系统的优化设计

E类功率放大器由于具有拓扑简单、适用频率高、电能转换效率高等优点,是高频MHz级无线输电系统的理想电源。研究分析了四线圈无线输电系统的传输特性,提出传输效率的优化设计方法。同时,考虑到E类功率放大器的工作状态,提出通过激励线圈与发射线圈的距离调节,实现输入电阻的完美匹配,搭建了采用2.81 MHz的E类功率放大器的四线圈中距离无线输电系统。当传输距离为传输线圈边长的3.6倍时,系统电源端到负载端的整体电能传输效率为8.5%。

MOSFET寄生电容对E类功率放大器影响的研究

针对Class-E功率放大器传输效率受MOSFET寄生电容的影响,提出了一种提高传输效率的方法。通过调节RLC回路中串联谐振电容的数值,提高旁路电容的数值,调节负载回路,使其超过MOSFET自身的输出寄生电容,以达到提高输出效率的目的。计算及仿真结果表明该方法在13.56 MHz下,可以将Class-E的旁路电容的值提高到120～160 pF,大大超过了IRF510的102.98 pF的寄生输出电容。最后,通过MSO3012混合信号示波器测量电路的传输效率,并对解决方案评估和改进,将Class-E的能量传输效率从改进前的37.1%提高到改进后的54.4%。据此,实现了Class-E在神经假体中数据与能量传输的应用。

S波段高效GaN逆E类功率放大器

介绍一种高效逆E类功率放大器的设计方法,并选用GaN器件设计了工作于2.3GHz的逆E类功率放大器。当供电26V,输入功率26dBm时,放大器输出功率40.2dBm,工作效率76.1%,PAE为73.3%。提供了详尽的仿真与实测数据并对放大器性能进行分析。用数字预失真技术对逆E类功率放大器进行线性化校正并取得了良好的效果。

射频E类功率放大器并联电容技术研究

为了使E类放大器工作效率最大,需要得到并联电容的确切数值。分析了含线性并联电容E类放大器的和含非线性晶体管寄生输出电容E类放大器的不同特性,给出了不同的设计方法。指出了E类功率放大器设计过程中分析和计算并联电容的难点,阐述了E类功率放大器中并联电容对电路性能的影响,同时给出了考虑并联电容的E类功率放大器的设计方法。

一种55 nm CMOS 5 GHz高效E类射频功率放大器

为了减小功率放大器的功率损耗、提高功率附加效率,基于TSMC 55nm CMOS工艺,设计了一种工作频率为5GHz的高效率E类射频功率放大器。采用包含驱动级的两级电路结构,提高了电路的功率增益。对负载回路进行优化设计,改善了漏极电压与电流波形交叠的问题,进而提升了效率,同时降低了漏极电压的峰值,缓解了晶体管的击穿压力。仿真结果表明,电源电压为2.5V时,该放大器的输出功率为21.2dBm,功率附加效率为53.1%。

基于E类功率放大器的双频超声治疗系统研究

目的:针对现有超声治疗仪存在的问题,设计一种基于E类功率放大器的双频超声治疗系统。方法:该系统采用E类功率放大器驱动超声换能器,通过DDS芯片AD9850实现E类功率放大器信号驱动,并采用开关电源芯片LM2576HV-ADJ实现E类功率放大器的功率调节;通过DGUS串口屏完成人机交互。运用嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ实现系统的软件设计。结果:双频超声治疗系统的性能较好,不仅可以实现输出功率调节,还可以保证输出频率和输出波形符合设计要求。结论:该系统能够实现对超声频率和超声输出波形的精确控制,为今后双频超声治疗系统的研究提供重要参考。

2.1 GHz的高效灵活E类功率放大器的设计

为了解决功率放大器调试工作复杂的问题以及提高其效率,选用型号为CGH40010F的GaN HEMT晶体管,设计了一款E类功率放大器,利用电容和微带线进行匹配,并在漏极偏置加入一个T型L-C电路消除输出电容对最大工作频率的限制。提高了其灵活性的同时,也提升了它在高频时的效率。在ADS软件中进行设计并仿真,根据市场需求最终选定频率为2.1 GHz,所得到的最大效率为73.5%,输出功率值为40 dBm。经过实测,最大效率为70.8%,在此情况下获得的输出功率值为39.5 dBm。并与近几年的E类功放性能进行比较,很明显在保证了高频率的前提下拥有更先进的性能,说明了实验的方法是可行的,此外,设计的E类功率放大器有着更加灵活的优势。

一种E类高效GaN HEMT功率放大器设计

功率附加效率是现代无线通信系统中一个重要的指标,较高的效率会大幅提高无线通信系统的运行时间,增强电池的续航能力,提高能源利用率,对移动通讯设备和移动安防设备而言,这几点尤为重要。文中以一款GaN HEMT功率放大器为基础,设计了一种简洁有效的E类功率放大器,用负载牵引技术和谐振器提高了器件的功率附加效率,在120~200 MHz近一个倍频程的工作频带内,实测功率附加效率均约达到74%,增益和输出功率分别约为13 dB和40 dBm。

CMOS伪差分E类射频功率放大器设计

分析了E类功放的非理想因素,其中着重分析寄生电感对系统性能的影响,采用伪差分E类功放结构有效地抑制寄生电感的影响。最后基于理想的设计方程和LoadPull技术,采用0.18μmCMOS工艺,设计出高效率的差分E类功率放大器。在电源电压1.8V,温度25℃,输入信号0dBm条件下,具有最大输出功率26.1dBm,PAE为60.2%。

一种新型功率放大器——共射-共基E类放大器

提出一种新的双管组态共射－共基级联高频谐振Ｅ类放大器，介绍了其电路构成、工作状态、特点和电路的工作原理，最后还给出了实验结果和数据。

一种宽禁带器件的高效E类功率放大器设计

E类功率放大器是一种新型高效率放大器,属于开关模式功率放大器,其理论效率可以达到100%。可用于雷达、通信和电子对抗等领域的末级功率放大器,是系统高效率、高功率和小型化功率放大器的重要途径。通过分析其工作原理,设计了一款L波段高效E类功率放大器,输出功率大于10 W,实际漏极效率达到74.8%。

输入端谐波抑制的高效E类宽禁带功率放大器

文章提出对E类功率放大器进行谐波抑制的改进设计方法,有效利用输入端信号功率,从而提高功放的功率附加效率;分析了E类功率放大器的工作原理,结合新型宽禁带功率器件利用ADS软件进行了电路仿真设计,并对实际放大器电路进行了实际测试。结果表明,对输入端谐波抑制的改进可以使功率放大器在1.1～1.3GHz频段内输出功率保持在10W以上,功率附加效率达到了79.6%,比改进前E类功率放大器的效率有了明显的提高。

一种高频E类功率放大器设计方法

E类功率放大器（PA）具有设计简单和高效率的优点,然而频率较高时功率管的寄生输出电容大于E类功率放大器所需的电容,这个寄生输出电容导致E类功率放大器的效率降低。提出一种高频E类功率放大器的设计方法,使用负载牵引得到考虑寄生输出电容后的最佳负载阻抗,再结合谐波阻抗控制方法设计E类功率放大器。采用飞思卡尔的横向扩散金属氧化物半导体（LDMOS）功率管MRF21010设计了一款工作在930~960 MHz的E类功率放大器。测试数据表明,该功率放大器的输出功率为36.8 d Bm（4.79 W）,具有79.4%的功率附加效率。

一种高效率低谐波失真E类射频功率放大器的设计

研究了E类RF放大器的电路结构、工作原理,并提出了一个工作频率为1.8GHz,输出功率为26dBm,漏极效率达到66.5%的低谐波失真BiCMOS功率放大器,为了达到设计目标,文章采用了一些特殊的方法,包括采用两级放大结构,差分和交叉耦合反馈结构。最后用0.35μm SiGeBiCMOS工艺实现了E类射频功率放大器的设计。

平衡式E/F类功率放大器的设计与实现

为了解决功率放大器设计过程中存在的效率低和输入/输出端回波损耗较大的问题,设计了一种工作频率为1.5GHz的平衡式功率放大器。通过采用3dB定向耦合器对射频信号进行分配及合成,大大降低了输入/输出端的驻波系数,并将逆F类功率放大器的谐波控制网络引入E类功率放大器的匹配电路中。使用ADS对晶体管进行负载牵引和源牵引,得到晶体管的输入/输出阻抗,同时结合晶体管的寄生参数,在输出匹配电路中对二次谐波、三次谐波分别进行开路和短路处理,且为了进一步提高功率放大器的工作性能,在输入电路结构中抑制了二次谐波。选用GaN HEMT器件CGH40010F晶体管,利用ADS软件进行电路仿真,并采用Rogers4350b高频板材制作该功率放大器的实际测试电路板。仿真优化和实测表明:在输入功率为28dBm时,该功率放大器的输出功率为41.54dBm,漏极效率为76.99%,功率附加效率(power additional efficiency,PAE)达到73.59%,输入/输出端驻波系数小于2,同时具有160 MHz的高效率带宽,且最大输出功率较单管功率放大器提高了3dB。实测结果与仿真数据有一定的误差,但仍有较好的一致性,满足设计指标要求,验证了设计方法的可行性。该设计方法具有效率高和回波损耗低的优势,提高了功率放大器的设计效率,使它在当今高效绿色节能的射频微波通信系统中具有广阔的应用前景。

基于E类功率放大器的非接触感应耦合电能传输系统

为了提高非接触感应耦合电能传输系统的可靠性,提出了一种基于E类功率放大器的拓扑结构.将发射线圈和接收线圈的耦合电感进行等效变换,把发射线圈的漏感作为E类功率放大器谐振单元,把励磁电感作为折算后负载电阻的匹配电感.在电能非接触传输的同时实现了阻抗变换,把等效负载电阻限制在一定的范围内.提出的拓扑结构简单,无需额外的补偿网络.并且负载电阻变化时,均能满足E类功率放大器的零电压软开关条件.仿真和实验结果验证了新拓扑结构电路的可行性.

LC并联谐振型高PAE混合型功率放大器设计与实现

针对功率放大器的输出功率和功率附加效率PAE(Power-Added Efficiency)问题,提出了一种基于凹陷栅极0.25μm GaAs pHEMT技术的高效混合型功率放大器。首先在E类负载网络中加入LC并联谐振器,并将其调谐到开关频率的二次和三次谐波。然后通过结合E类和F类功率放大器来增加直流电源电压,从而有效增加功率放大器的输出功率和效率。此外,较高的电源电压降低了功率放大器的工作电流,从而有效降低了功耗。对提出的混合型功率放大器进行了具体实现。测试结果显示,当频率为1.8 GHz时,该混合型功率放大器在32 dBm的输出功率下的PAE可达53%。

2.4 GHz SiGe HBT E类高功率放大器

针对无线通信飞速发展对高功率和高效率功率放大器的需求,提出了一种Cascode结构的2.4 GHz E类高功率放大器。它采用单端接地和单级放大的电路形式。基于国内新研制的0.18μm SiGe BiCMOS工艺,实现了片内全集成,包括输入与输出匹配网络,具有结构简单、高集成度等特点。同时,考虑了器件的击穿电压,高电流下的电迁移和高功率的稳定性等问题,并进行了优化设计。结果表明,在10 V电源电压时,放大器的输出功率高达30 dBm,效率PAE为39.69%,最大功率增益达14 dB。

高效率开关F_3/E类功率放大器

介绍了一种高效F3/E类功率放大器的设计方法,该放大器将F类功率放大器的谐波控制电路引入逆E类功率放大器的负载网络,以改善放大器性能。此电路结构提升了放大器的功率输出能力,降低了电路对功率放大器管器件漏极耐压特性的要求,增强了器件工作时的安全性。详细阐述了该放大器的设计过程,并给出了负载网络各器件的最佳设计取值方程。选用GaNHEMT器件研制了S频段F3/E类功率放大器测试电路。实测结果表明该放大器在驱动功率为27 dBm时,可获得40.3 dBm的输出功率,具有13.3 dB增益,工作效率高达78.1%,功率附加效率为75.2%。实测结果与仿真结果吻合,验证了设计方法的正确性。