射频AB类功率放大器的非线性分析与研究

论文摘要

对于任何无线通信系统,都需要有发射机部分,作为发射机核心部件的功率放大器,已经成为当今通信业的一个重要研究对象。无论是几百毫瓦的手机功率放大器,还是几十瓦的基站功率放大器,甚至是几百瓦的电视功率放大器,设计的基本原则都是相同的。但是随着无线通信的迅猛发展,对功率放大器的效率、线性度、输出功率、带宽等指标的要求越来越高,因此如何使功放满足高线性和高效率的要求是功放研究的热点,对射频功率放大器的非线性分析与研究具有非常重要的实际意义。本文从理论上对射频功放的非线性做了深入的分析与研究,特别是射频AB类功率放大器的非线性,并通过实际功放电路验证前面的理论分析。文章首先介绍了线性功率放大器的基本理论,包括功率放大器的分类、稳定性分析、非线性分析、匹配和负载/源牵引理论。然后对传统降低导通角模式的功率放大器进行了波形分析和输出终端阻抗分析,并且介绍了放大器传输特性曲线中的膝区效应,对功率放大器的驱动信号做了讨论,在此基础上详细的分析了射频AB类功率放大器的非线性,包括了理想的传统AB类功放,射频功放器件的非线性传输特性和非线性电容效应。最后讲述了一个应用于WCDMA基站中的射频AB类功率放大器的设计过程,利用ADS仿真软件对功放电路进行了仿真优化,然后通过电路调试,使设计的功率放大器满足指标要求,并给出测试结果以及验证情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 射频功率放大器概述
• 1.2 射频功率放大器的研究历史及现状
• 1.3 论文结构及内容安排
• 第二章 线性功率放大器的基本理论
• 2.1 功率放大器的分类
• 2.2 放大器的稳定性分析
• 2.3 功率放大器的非线性分析
• 2.3.1 功率放大器的非线性指标
• 2.3.2 放大器的弱非线性效应
• 2.3.3 放大器的强非线性效应
• 2.3.4 A 类放大器与线性放大器
• 2.4 增益匹配和功率匹配
• 2.5 负载/源牵引理论
• 2.6 本章小结
• 第三章 射频AB 类功率放大器的非线性分析
• 3.1 传统高效率功率放大器的分析
• 3.1.1 降低导通角放大器的波形分析
• 3.1.2 功率放大器的输出终端阻抗分析
• 3.1.3 放大器I-V 特性曲线中的“膝区”效应
• 3.1.4 功率放大器的驱动信号分析
• 3.2 射频AB 类功率放大器的分析
• 3.2.1 理想的传统AB 类功率放大器的分析
• 3.2.2 功放器件的非线性特性
• 3.2.3 射频功放器件的非线性电容效应
• 3.3 本章小结
• 第四章 射频AB 类功率放大器的仿真与设计
• 4.1 功率放大器的指标要求
• 4.2 功放模块的设计方案及其验证
• 4.3 功率放大器的设计与仿真
• 4.3.1 前置放大级的仿真设计
• 4.3.2 驱动放大级的仿真设计
• 4.3.3 末级功率放大器的仿真设计
• 4.4 屏蔽盒设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 功率放大器的调试与测试分析
• 5.1 射频功率放大器的调试
• 5.1.1 静态工作点的调试
• 5.1.2 匹配网络的调试
• 5.2 功率放大器的性能测试及结果分析
• 5.2.1 增益和驻波性能测试
• 5.2.2 输出功率和效率性能测试
• 5.2.3 三阶交调性能测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录1 本设计的PCB 图
• 附录2 屏蔽盒CAD 图
• 附录3 实物图
• 攻硕期间取得的研究成果