可重构异相射频功率放大器关键技术研究

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目前移动通信系统中射频信号的峰均比变的越来越高,传统的单管功率放大器已经无法对这种复杂调制信号进行高效放大。为此,一系列由多晶体管组成的负载调制型功放结构被提出,其中异相(Outphasing)功率放大器是目前学术界研究的热点之一。然而,经典的Outphasing输出端功率合成器结构中都包含传输线结构,传输线自身的色散效应会导致功率放大器只能在较小的频率范围内实现良好性能,这极大地限制了Outphasing功率放大器的应用范围。近年来,由于各种通信制式的应用,连续可用的频率资源日益短缺。在此背景下,以载波聚合为代表的传输带宽提升技术逐渐流行。与此同时,为了实现能支持在多频率、多制式条件下工作的无线移动通信系统,研究人员开始将可重构技术应用于各种移动通信电路中,与可重构功放相关的研究也在逐年增加。本论文致力于研究异相功率放大器的带宽增强技术,重点通过将可重构技术应用于异相功率合成器中,实现工作频率的可重构及扩展。本文主要结构和创新点如下:简要介绍了异相功率放大器的工作原理和基本结构。并通过数学公式对异相功率放大器的负载调制理论进行推导。在此基础上,研究了不同类型的异相功率合成器。同时还对一些常用的可重构技术进行了研究介绍。系统分析了非等长传输线合成器的工作原理和带宽特性。通过对传输线进行色散分析解释了该结构带宽受限的原因。为了改善传输线的色散效应,提出用T型结构替代传输线,并创新性的对T型结构的等效参数进行了推导。在此基础上提出了可重构T型结构设计理论,实现对非等长传输线结构的等效替换。最后基于该理论设计实现了一款工作在2.4~2.8GHz的宽带可重构异相功率放大器。综合介绍了单片微波集成电路(MMIC)工艺。结合实际需求,再次利用可重构T型结构设计理论设计了一款可以在X波段和Ku波段切换的双频可重构异相功放。可重构T型结构采用有源开关实现。通过控制开关的栅极电压来改变接入T型结构的电容,最终实现在10GHz和15GHz两个频率切换工作并实现高效率。
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