射频功率放大器及其线性化方法研究

论文摘要

射频功率放大器存在于各种现代无线通信系统的末端,所以射频功率放大器性能的优劣直接影响到整个通信系统的性能指标。如何在兼顾效率的前提下提高功放的线性度是近年来国内外的研究热点,在射频功率放大器的设计过程中这是非常重要的问题。作为发射机末端的重要模块,射频功率放大器的主要任务是给负载天线提供一定功率的发射信号,因此射频功率放大器一般都工作在大信号条件下。所以设计射频功率放大器时,器件的选型和设计方式都和一般的小信号放大器不同,尤其在宽带射频功率放大器的设计过程中,由于工作频带很宽,且要综合考虑线性度和效率问题,所以射频功率放大器的设计难度很大。本文设计了一个工作频带为30-108MHz,增益为25dB的宽带射频功率放大器。由于工作频带较宽,输出功率较大,线性度要求高;所以在实际的过程中采用了宽带匹配,功率回退等技术来达到最终的设计目标。本文首先介绍了关于射频功率放大器的一些基础理论,包括器件在射频段的工作模型,使用传输线变压器实现阻抗变换的基本原理,S参数等,这些是设计射频功率放大器的基本理论依据。然后本文描述了射频功率放大器非线性失真产生的原因,在此基础上介绍了几种线性化技术并做出比较。然后本文介绍了射频功率放大器的主要技术指标并提出一种具体的设计方案,最后利用ADS软件对设计方案进行了仿真。仿真过程包括两个步骤,首先是进行直流仿真来确定功放管的静态工作点,然后进行功率增益即S21的仿真并达到设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 本课题的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 内容安排
• 第2章 射频放大器的理论基础
• 2.1 射频无源器件的分析
• 2.2 有源器件的等效模型
• 2.3 双端口网络的S 参数
• 2.4 宽带匹配问题和传输线变压器
• 2.4.1 匹配电路的作用
• 2.4.2 LC 网络匹配
• 2.4.3 三元件匹配网络
• 2.4.4 传输线变压器宽带匹配
• 2.4.5 传输线变压器的结构和原理
• 2.4.6 传输线变压器实现的阻抗匹配
• 2.5 本章小结
• 第3章 射频功率放大器的非线性分析
• 3.1 多项式非线性模型与非线性幅度失真
• 3.1.1 多项式非线性模型
• 3.1.2 非线性幅度失真
• 3.2 极坐标模型和非线性相位失真
• 3.2.1 极坐标非线性模型
• 3.2.2 非线性相位失真
• 3.3 本章小结
• 第4章 射频功率放大器的线性化技术
• 4.1 功率回退技术
• 4.1.1 功率回退技术的原理
• 4.1.2 功率回退技术对互调失真的改善
• 4.2 负反馈技术
• 4.2.1 负反馈法的原理
• 4.3 前馈线性化技术
• 4.4 预失真技术
• 4.4.1 模拟预失真
• 4.4.2 数字预失真
• 4.5 线性化方法的比较
• 4.6 本章小结
• 第5章 射频功率放大器的技术指标和类型
• 5.1 射频功率放大器的技术指标
• 5.1.1 工作频带
• 5.1.2 输出功率
• 5.1.3 增益和效率
• 5.1.4 互调失真
• 5.1.5 三阶互调截断点
• 5.1.6 谐波失真
• 5.1.7 寄生杂波
• 5.1.8 输入输出驻波比
• 5.1.9 微波辐射
• 5.2 射频功率放大器的分类
• 5.2.1 A 类功率放大器
• 5.2.2 B 类功率放大器
• 5.2.3 AB 类功率放大器
• 5.3 本章小结
• 第6章 射频功率放大器的设计和仿真
• 6.1 设计方案
• 6.1.1 器件选择
• 6.1.2 增益分配
• 6.2 阻抗匹配电路
• 6.2.1 输入匹配电路
• 6.2.2 输出匹配电路
• 6.2.3 级间匹配电路
• 6.2.4 传输线变压器的应用
• 6.3 偏置电路
• 6.4 PCB 制板问题
• 6.5 射频功率放大器的仿真设计
• 6.5.1 偏置状态的确定
• 6.5.2 功率增益仿真
• 6.6 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况