功率放大器材料.doc

摘要在通信系统中，功率放大器是极其重要的组成部分，它的性能优劣对整个 系统来说影响重大。随着军用、民用通信系统的迅猛发展，对功率放大器的研 制也提出了更高甚至是全新的要求。 本文设计了一个中心频率为８００ＭＨｚ、带宽为２０ＭＨｚ、输入输出驻波比小 于１．５、输出功率为ｌＷ和增益为１０ ｄＢ的射频功率放大器。在设计中：（１）采用ＡＤＳ仿真软件对晶体管建模仿真，很好的解决了晶体管在大信号 工作时，Ｓ参数不能描述晶体管特性问题。这种方法减少了运算量，并缩短了设 计时间； （２）通过对晶体管的稳定性、输入输出之间的匹配等问题的分析，为实际设 计提供了理论依据； （３）采用了功率合成的方法，采用良好对称性的电路，减少了电路的损耗； （４）在充分考虑电路寄生效应的基础上，采用合理的电路布局，使射频功率 放大器的稳定性得以提高。 最后，制作了射频功率放大器，并对其进行了调试和测试，测试结果表明， 该射频功率放大器达到了预期的设计要求。 关键词：射频功率放大器；晶体管模型；ＡＤＳ仿真；功率合成；第１章引言 第１章引言１．１课题研究的目的和意义随着２１世纪的到来，人类社会己步入信息时代，社会信息化极大地改变了 人类社会的生产、工作、学习和生活方式，人们对信息的依赖与需求越来越大， 随时随地、迅速可靠的与通信的另一方进行任何方式的信息交流成为人们不断 追求的目标。从全球范围来看，无线通信用户的年增量都在持续逐年大幅度增 长，无线通信己经进入规模化发展的阶段。如今，快速发展的无线通信己成为 信息产业中最为耀眼的亮点，并成为推动社会经济发展的强劲动力。 功率放大器作为无线收发系统中的最后一级，它在整个系统中占有十分重 要的地位，它对于提高发射信号强度、延长系统使用时间、降低电源消耗、减 小系统体积重量等起着关键性作用。由于功率放大器本身具有很大的功耗，对 于整个系统来说，功率放大器的功耗甚至占到了系统功耗６０％以上，因此，设 计更高效率和高线性度的功率放大器成为目前功放设计的主要趋势。 由于小信号情况下，ｓ参数可以准确描述晶体管的电性能，因而被普遍应用 于放大电路ＣＡＤ设计中。随着工作频率升高，功率放大器却因为其强烈的非线 性而要依赖非线性模型来预测其电性能，且电路设计的精度取决于非线性模型 的准确度。由于大信号模型的缺乏，使得射频功率放大器的设计和分析相当困难。而厂商一般都是给出某个的ｓ参数值，对于那些不是常用的频段获取参数相当的困难。因此选择合适的仿真软件对器件进行建模仿真变得非常重要。这可以减少大量的计算，提高设计的速度。同时，由于晶体管在高频工作时，受 到寄生效应的影响，要保持射频功率放大器的稳定性就需要电路板布局合理、 输入输出匹配之间的有效配置都是设计射频放大器的关键。因此通过ｓｉ工艺设 计Ａ类功率放大器，并着手分析并解决这些问题，对以后开展更深一步的研究做好铺垫。１．２目前国内外的研究现状射频功率放大器（Ｐ：Ａ）由于尺寸小、线性度高、噪声低等优点，广泛应用在卫 星通信、移动通信、雷达和电子战以及各种工业装备。随着无线通信和军事领域新标准新技术的发展，日益要求提高射频功率放大器的性能，使之在更宽频 带内，具有更高的输出功率、效率和可靠性。例如为在有限的频谱范围内容纳 更多的通信信道，获得较高的码片速率和频带利用率。现在通信系统均采用了 ＱＰＳＫ、６４ＱＡＭ等线性调制技术，这些调制方法对功放的非线性特性非常敏感， 因而对放大器有更高的线性要求，提高功率放大器的可靠传输，以避免对邻近 信道的干扰，保证调制的窄带特性。这就要求射频功率放大器具有良好的线性。 在第三代移动通信系统（３Ｇ）中，要求数据传输速率达到２Ｍｂｉｔ／ｓ，单个信号的带 宽达５ＭＨｚ，这就需要射频功率放大器具有宽带特性；为了降低通信运营商的运 营成本，减小冷却成本、易于热控制，要求提高ＰＡ的效率；为了减小功率放大 的级数，减小功率管的使用，以更低的功率进行驱动，降低成本，这就要求提 高ＰＡ的增益；为了增加通信基站的覆盖范围，减小固定区域内所需要设置的基 站以节约成本，同时减小电路的尺寸和重量，这就要求提高ＰＡ的输出功率。为了满足以上各种应用需求，近５０年来人们不断推动射频功率放大器的发 展和进步。在这５０年的发展过程中，射频器件及射频技术的发展是推动射频功 率放大器发展的两大因素。射频器件的发展使射频功率放大器的发展成为可能， 射频技术的发展使射频功率放大器的性能得到提高。 ｌ、射频器件方面【２】：１９４８年Ｓｈｏｃｋｌｅｙ．Ｂａｒｄｅｅｎ等人发明双极晶体管（ＢＴＴ） 及１９５２年提出结型场效应管（ＪＦＥＴ）以后，硅双极晶体管应用于射频微波领域， 从而可以对从几百兆赫（ＵＨＦ）到Ｋａ波段的信号进行放大；７０年代以后，ＧａＡｓ 单晶及其外延技术获得突破，ＧａＡｓ肖特基势垒栅场效应