S波段射频功率放大器设计方法研究

论文摘要

进入21世纪以来,无线通信事业迅猛发展,大大加速了半导体器件和射频功率放大器的研究进程。射频功率放大器作为无线通信系统中不可或缺的核心部件得到了越来越多研发者的重视,它的设计好坏直接影响着整个无线通信系统性能。本文应用两种不同方法,采用不同功放管芯片设计了两款工作在S波段的射频功率放大器,系统输出功率均为5W。主要工作如下:首先,本文从理论上对射频功率放大器的技术指标、匹配结构、线性化技术和设计方法等进行深入研究。其次,根据指标要求基于飞思卡尔的MRF20160和MRF21010 LDMOS功率芯片采用负载牵引的大信号方法设计了一款功率放大模块。再次,基于三菱MGF0911A和MGF0910A砷化镓功率芯片采用S参数小信号分析方法设计了另外一款功率放大模块。最后,根据结构要求,设计了功率放大器射频版图和腔体结构;介绍了画PCB版图的注意事项和调试功率放大器的方法,并给出了测试方案和测试报告。仿真结果表明,两款功率放大器均符合设计指标要求。本文还对两款功率放大模块在相同指标下仿真效果、后续调试工作、功率损耗、外部供电电路及功率芯片购买力等方面做了对比,在工程实践方面具有参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1-1 课题研究背景
• 1-2 射频功率放大器概述
• 1-2-1 当前研究现状
• 1-2-2 射频功率管及分类
• 1-3 论文主要工作
• 1-4 章节安排
• 第二章 射频功率放大器技术指标及设计方法
• 2-1 射频功率放大器技术指标
• 2-1-1 工作频带
• 2-1-2 输出功率
• 2-1-3 功率增益
• 2-1-4 效率
• 2.1.5 非线性
• 2-1-6 邻近信道功率比
• 2-2 阻抗匹配
• 2-2-1 集总参数匹配方法
• 2-2-2 分布参数元件匹配法
• 2-2-3 输入输出匹配网络
• 2-3 线性化技术
• 2-3-1 功率回退
• 2-3-2 负反馈
• 2-3-3 前馈
• 2-3-4 预失真
• 2-4 射频功率放大器设计方法
• 2-4-1 负载牵引分析法
• 2-4-2 S 参数小信号分析法
• 2-4-3 动态阻抗法
• 2-4-4 大信号参数设计方法
• 2-5 设计指标
• 第三章 负载牵引法设计功率放大器
• 3-1 选择器件
• 3-1-1 器件参数
• 3-1-2 射频PCB 板材
• 3-2 功放级设计
• 3-2-1 直流偏置仿真
• 3-2-2 稳定性分析
• 3-2-3 负载牵引方法设计电路
• 3-2-4 MRF21060 全电路
• 3-2-5 双音信号仿真
• 3-3 推动级设计
• 3-3-1 直流偏置仿真
• 3-3-2 负载牵引法设计电路
• 3-3-3 双音信号测试
• 3-4 前置级设计
• 3-5 功率放大器系统级设计
• 3-6 供电电路设计
• 第四章 小信号法设计砷化镓功率放大器
• 4-1 选择器件
• 4-2 功放级设计
• 4-2-1 S 参数仿真
• 4-2-2 直流偏置仿真
• 4-2-3 负载阻抗确定
• 4-2-4 砷化镓场效应管寄生参数的提取
• 4-2-5 稳定性分析
• 4-3 驱动级设计
• 4-3-1 直流偏置仿真
• 4-3-2 全电路仿真
• 4-4 前置级设计
• 4-5 供电电路设计
• 第五章 PCB 制板及调试
• 5.1 PCB 版图及腔体结构设计
• 5-1-1 器件布局
• 5-1-2 PCB 布线及腔体图
• 5.2 调试方法
• 5.3 测试方法
• 5.3.1 测试仪器
• 5.3.2 测试仪器方案
• 5.4 测试报告
• 5.5 结果对比
• 第六章 总结与展望
• 6-1 工作总结
• 6-2 存在问题
• 6-3 展望未来
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果