基于多模谐振腔的滤波功率放大器的研究与设计.pdfVIP

摘要

随着第五代移动通信的商用化，通信系统正朝着更加高效和小型化的方向发展。作为射

频前端的关键部件，带通滤波器和射频功率放大器的性能将直接影响通信系统的质量。通常，

滤波器和功率放大器首先进行50Ω端口阻抗值的单独设计，然后对其组装。近年来研发了一

种滤波器和功率放大器的协同设计方法，即滤波功率放大器（FilteringPowerAmplifier,FPA），

并引起了广泛的研究关注。FPA一般采用具有滤波响应的阻抗匹配电路，能同时满足放大和

滤波的要求。此外，它还可以减少无源电路引起的损耗。

本文提出了一种宽带FPA的新型设计方法，该方法利用多模谐振腔作为输出匹配网络，

通过适当地分配多个谐振频率，可以获得指定的复阻抗匹配和宽频工作带宽。该FPA具有电

路尺寸紧凑、滤波响应良好等优点。本文的主要研究工作包括以下几个方面：

1.本文提出基于多模谐振腔的复阻抗匹配的设计方案。此方案利用多模谐振腔来实现复

阻抗匹配。同时通过耦合矩阵间的相似变换，提供了探究横向谐振型耦合矩阵和复阻抗之间

关系的思路。相比于其他采用N阶级联单模谐振腔的设计方案，此方案具有宽带宽、小型化

和良好的滤波性能等优点。

2.设计了一款中心频率为3.5GHz的基于多模谐振腔的单频宽带小型化FPA，利用多模

谐振腔作为输出匹配网络。通过适当地分配多个谐振频率来获得指定的复数阻抗匹配和宽频

工作带宽。经过仿真加工测试以及分析对比实验结果，本文所提出的理论概念和设计方法得

到了验证，并为宽带FPA的实现提供了新的方法。

3.设计了两款中心频率分别为1.8GHz和2.75GHz的基于多模谐振腔的双频FPA。输出

匹配网络采用双频多模谐振腔结构，输入匹配电路则分别采用“T”型微带匹配枝节和“Π”

型微带匹配枝节。经过仿真发现，这两种匹配方式对双频FPA的整体性能影响较小。与此同

时，进一步验证了本文所提出的理论概念和设计方法不仅适用于单频FPA，还适用于双频FPA。

关键词:滤波功率放大器，复阻抗匹配网络，宽带，多模谐振腔，双频

Abstract

WiththedevelopmentoftheFifth-Generation(5G)mobilecommunication,thecommunication

systemisdevelopingtowardsamoreefficientandminiaturizeddirection.Asthekeycomponentsof

theradiofrequency(RF)front-end,theperformancesofbandpassfilters(BPF)andRFpower

amplifierswilldirectlyaffectthequalityofthecommunicationsystem.Generally,filtersandpower

amplifiersaredesignedrespectivelywithrespectto50Ω-impedanceandthenassembled.Anovel

designmethodoffilterandpoweramplifier,i.e,filteringpoweramplifier(FPA)hasbeendeveloped

andattractedextensiveresearchattentioninrecentyears.TheFPAutilizesanimpedancematching

circuitwithfilteringresponses,whichcanmeettherequirementsofsignalamplificationandfiltering,

simultaneously.Moreover,itcanreducethelossofpassivecircuits.

Inthisthesis,anewdesignmethodofwidebandFPAisproposed,