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雙頻功率放大�
閱讀�3943時間�2018-04-19 09:28:49

功率放大�作為射頻前端的關(guān)鍵電�,它性能的好壞直接影響著整�通信系統(tǒng)的性能�(yōu)�。雙頻功�放大�可以�(shí)�(xiàn)任意兩個頻率在同一個放大器上工�,從而提高放大器的工作效率�

背景

  近年�,隨著無線通信和互�(lián)�(wǎng)技�(shù)的迅速發(fā)�,無線通信�(shè)備的要求越來越高。為滿足不同的數(shù)�(jù)�(yè)�(wù)要求,無線通信�(chǎn)品需要在不同的通信模式下工作。多模通信系統(tǒng)必須適應(yīng)不同的頻�,而采用多組單一頻率前端模塊的構(gòu)建方案不僅在能�、體積和效率上影響很�,而且增加了生�(chǎn)成本�
  功率放大器作為射頻前端的�(guān)鍵電�,它性能的好壞直接影響著整個通信系統(tǒng)的性能�(yōu)�,因�,無線系�(tǒng)需要設(shè)�(jì)性能良好的功率放大器。關(guān)于開�(guān)類功率放大器�(shè)�(jì)技�(shù)逐漸成熟,理論研究不斷深�,但有關(guān)雙頻高效功率放大器的�(shè)�(jì)卻很少有�(bào)�。自�2001�,D.R.Smith等人證明了左手材料的存在后,左手材料迅速成為研究的熱點(diǎn)。但是純左手傳輸線在自然界是不存在的,現(xiàn)階段的左手傳輸線是由右手傳輸線通過一定的�(jié)�(gòu)組成�,因此把左手傳輸線和右手傳輸線相�(jié)合就�(zhuǎn)�?yōu)�?fù)合左右手傳輸�(CRLH-TL,CompositeRight/LeftHandedTransmission-Line)。復(fù)合左右手傳輸線在不同的頻段分別呈�(xiàn)異向介質(zhì)或傳�(tǒng)介質(zhì)特�,改變了常規(guī)雙頻功率放大器的�(shè)�(jì)方法,使任意兩個工作頻�(diǎn)�(shí)�(xiàn)在同一個功放管上工作這種方法廣泛用于各種無源器件(如雙頻耦合器、雙頻功分器和多頻天線等)的研制和�(yīng)��

�(shè)�(jì)

  開關(guān)類功率放大器通過避免漏極電壓和電流波形重�,來提高工作效率。E類功率放大器能夠�(diào)整漏極電壓電流波形的重疊程度來降低本身消耗的功率,理論上可以�(dá)�100%的效�。E類功率放大器的電路有一個晶體管作為開關(guān),并�(lián)一個電容C,開�(guān)兩端的匹配網(wǎng)�(luò)使用微帶��
  傳統(tǒng)的功率放大器主要依靠減小�(dǎo)通角和避免電壓電流波形重�,來提高在某一頻點(diǎn)或頻段的工作效率,隨著關(guān)于對左手材料的深入研�,復(fù)合左右手傳輸線的出現(xiàn),理論上可以�(shí)�(xiàn)任意兩個頻率在同一個放大器上工�,從而提高放大器的工作效��
  �(fù)合左右手傳輸�,與一般的傳輸線不�,它包含左手傳輸線和右手傳輸線的特�,它的單元相位響�(yīng)是非線性的。一種復(fù)合左右手傳輸線集總參�(shù)�(jié)�(gòu)由兩截右手傳輸線和一個左手傳輸單元構(gòu)�。復(fù)合左右手傳輸線的特性是輸入與輸出之間凈相移特性,在左手傳輸線頻段相位超前,在右手傳輸線頻段相位滯后,�(jīng)過一段復(fù)合左右傳輸線�,總體相位偏移為�。當(dāng)�(fù)合左右手傳輸線的串聯(lián)諧振和并�(lián)諧振相等�,這種狀�(tài)稱之為平衡狀�(tài),平衡結(jié)�(gòu)的復(fù)合左右手傳輸線可分為左手等效電路和右手等效電�,右手等效電路可以直接用傳統(tǒng)傳輸�(如微帶線)代替,左手等效電路的參數(shù)可以通過公式�(jì)算得到�
  雙頻功率放大器的�(shè)�(jì)需要用�(fù)合左右手傳輸線代替相�(yīng)的微帶線組成匹配�(wǎng)�(luò),實(shí)�(xiàn)雙頻工作。具體方法如確定功放管在0.5GHz時負(fù)載阻�,兩節(jié)右手傳輸�(特征阻抗�50Ω)的電長度�37.48°�66.31°,在1.2GHz時,�(fù)載的兩節(jié)右手傳輸線的電長度為34.5°�65.93°,分別實(shí)�(xiàn)50Ω到負(fù)阻抗的變換,由普通右手傳輸線�(zhuǎn)換為�(fù)合左右手傳輸線結(jié)�(gòu),實(shí)�(xiàn)雙頻匹配�

仿真�(shè)�(jì)

  雙頻功率放大器用ADS軟件�(jìn)行仿�,功放管模型選用MW6S010N,該晶體管在工作頻率0.45�1.5GHz�(nèi)非常�(wěn)定,這一�(diǎn)對于射頻功率放大器是非常重要�。首先確定兩個工作頻�(diǎn):0.5GHz�1.2GHz,功放管選用柵極電壓�2.8V,驅(qū)動功率為22dBm,直流供電電壓為28V,然后用�(fù)載牽引法和源牽引法分別獲得這兩個頻�(diǎn)的輸入阻抗和輸出阻抗�
  針對不同的頻�(diǎn),均使用L型阻抗變換網(wǎng)�(luò)�(shè)�(jì)匹配電路,便于用�(fù)合左右手傳輸線代替普通的右手傳輸線實(shí)�(xiàn)雙頻匹配。單頻功率放大器�(shè)�(jì)仿真由兩段微帶線分別組成輸入阻抗�(wǎng)�(luò)和輸出阻抗網(wǎng)�(luò)�
  單頻功率放大器工作頻率為0.5GHz�,該功率放大器輸出功率為40.4dBm,工作效率為62.2%。工作頻率為1.2GHz�,該功率放大器輸出功率為37.5dBm,工作效率為53.5%�
  雙頻功率放大器工作頻率為0.5GHz時,該功率放大器輸出功率�39.9dBm,工作效率為55.7%左右。工作頻率為1.2GHz時,該功率放大器輸出功率�37.9dBm,工作效率為51.3%左右。該功率放大器采用復(fù)合左右手傳輸線構(gòu)建的匹配�(wǎng)�(luò)�(shí)�(xiàn)了在兩個工作頻�(diǎn)的阻抗匹�,并在兩個相距較�(yuǎn)的工作頻�(diǎn)處均�(shí)�(xiàn)了高效的功率放大。隨著輸入信號功率的增大,放大器在兩個工作頻�(diǎn)的增益出�(xiàn)壓縮�(xiàn)�。當(dāng)處于飽和狀�(tài)�,放大器可保�38dBm左右的功率輸�,并且保持不低于50%工作效率�
  利用�(fù)載牽引和源牽引相�(jié)合的方法求得阻抗,采用復(fù)合左右手傳輸線的傳輸特性構(gòu)建雙頻匹配電�,實(shí)�(xiàn)兩個特定頻�(diǎn)在同一功放管上工作的高效功率放大器。結(jié)合具體的雙頻功率放大器設(shè)�(jì)方法,給出了�?fù)浣Y(jié)�(gòu)和設(shè)�(jì)�(shí)�,實(shí)�(xiàn)了放大器工作�0.5GHz�1.2GHz時輸出功率達(dá)�38dBm,工作效率達(dá)到了50%以上,證�(shí)了設(shè)�(jì)方法的可行�。為�(fù)合左右手傳輸線用于設(shè)�(jì)更高效的、三頻或多頻電路提供了一個設(shè)��

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