【摘 要】
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功率放大器作为无线通信系统中发射机的核心部件,其性能的优劣会直接影响通信系统传输信号的质量。近年来,随着无线通信技术的飞速发展,无线通信距离增大,信号带宽变宽,调制方式也愈加复杂,这对发射机中功率放大器的输出功率,工作带宽以及功率回退时的效率提出了更高的要求。本文依托“***卫星射频收发系统的研究与设计”项目需求,针对L波段功率放大器的设计展开了深入的研究。研究内容涉及单级功率放大器、功率合成放大
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功率放大器作为无线通信系统中发射机的核心部件,其性能的优劣会直接影响通信系统传输信号的质量。近年来,随着无线通信技术的飞速发展,无线通信距离增大,信号带宽变宽,调制方式也愈加复杂,这对发射机中功率放大器的输出功率,工作带宽以及功率回退时的效率提出了更高的要求。本文依托“***卫星射频收发系统的研究与设计”项目需求,针对L波段功率放大器的设计展开了深入的研究。研究内容涉及单级功率放大器、功率合成放大器、平衡式功率放大器以及负载调制平衡式功率放大器的设计。本文主要研究工作如下:1、研究了L波段功率放大器的理论基础,介绍了功率放大器的测试方法,并设计了一款中心频率为1.85 GHz的单级功率放大器。应用ADS仿真软件,对单级功率放大器输入输出匹配、偏置电路等进行了仿真分析,并在Cadence软件中完成版图设计,最终制作实物并测试。测试结果表明,在1.8～1.9 GHz频带内,该功放的饱和输出功率范围为35.6～36.5 d Bm,最低增益为18.1 d B,漏极效率可达41.7%。2、针对单级功放输出功率低的问题,基于功率合成技术设计了一款两路功率合成放大器。采用二等分Wilkinson功分器结构,构建该功率合成放大器的功率分配器和功率合成器,应用ADS软件设计了该功放。实测结果表明,在1.8～1.9 GHz频段内,最大输出功率可达39 d Bm,比单级功放的输出功率高约2.7 d B,中心频点处合成效率达92.3%。3、针对单级功放工作带宽窄的问题,采用Wilkinson功分器加π/2移相器结构的3 d B耦合器,设计一款平衡式功率放大器。实测结果表明,该平衡式功率放大器工作频带为1.7～2.0 GHz,相较于单级功放,其绝对带宽提高了3倍。在工作频带内,输出功率范围为36.9～38.7 d Bm;增益在17.1～18 d B之间,增益平坦度良好;漏极效率范围为35.3%～39.4%。4、为提高功放功率回退时的效率,设计了一款基于负载调制技术的平衡式功率放大器。通过调节输出耦合器隔离端的控制信号,对功放输出端负载进行调制,从而提升功率回退时的效率;同时,功放输入端加载一种高阶低通匹配网络,提高输入端带宽。实测结果显示,在1～2 GHz频带内,该功放在饱和输出功率时的最大漏极效率达47%,输出功率为39.3～40.5 d B;功率回退6 d B时,漏极效率为30%～35%,比未加控制信号时提升22%以上。
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