【摘 要】
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新一代通信系统不断朝着高效化和小型化方向发展,传统射频前端多采用功率放大器和滤波器单独设计、简单级联的方法进行滤波和放大处理,该方法电路尺寸较大,同时会造成能量额外耗散。滤波功率放大器能有效地改善传统功率放大器的滤波特性和线性度,大大降低电路系统的插入损耗和设计复杂度,因此,集成滤波特性的宽带高效率功率放大器成为了近些年的研究热点。本文从宽带滤波匹配网络的设计出发,设计了两款兼具宽带宽、高效率和良
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新一代通信系统不断朝着高效化和小型化方向发展,传统射频前端多采用功率放大器和滤波器单独设计、简单级联的方法进行滤波和放大处理,该方法电路尺寸较大,同时会造成能量额外耗散。滤波功率放大器能有效地改善传统功率放大器的滤波特性和线性度,大大降低电路系统的插入损耗和设计复杂度,因此,集成滤波特性的宽带高效率功率放大器成为了近些年的研究热点。本文从宽带滤波匹配网络的设计出发,设计了两款兼具宽带宽、高效率和良好滤波特性的功率放大器,实现了滤波功率放大器的带宽拓展和效率提升。本文的主要工作和创新点如下:(1)提出了一种基于耦合线滤波结构的宽带匹配电路,该匹配电路由一个终端加载的耦合线网络和一个阻抗调谐网络构成,能够在宽带范围内实现功放管输出基波阻抗和二次谐波阻抗的良好匹配,显著提升了滤波功率放大器的工作带宽和效率。基于该滤波匹配网络设计了一款宽带高效率滤波功率放大器,测试结果表明,功放在2.0-2.4GHz的400MHz宽带工作范围内,漏极效率均大于69%,在匹配特性最好的2.2GHz的中心频点,漏极效率达到了 78.2%。此外左右边带的带外抑制效果分别大于52.8dB和31dB,显示出了良好的滤波特性。(2)提出了一种基于后匹配结构的改进型滤波宽带Doherty功放的设计方法,通过具有滤波特性的后匹配网络和宽带功率分配网络提升了 Doherty放大器自身的滤波特性。滤波后匹配网络采用终端加载的耦合线结构,仿真结果表明该后匹配网络相比传统的低通后匹配网络可改善IMD2指标20dB左右。测试结果表明,基于提出方法设计的Doherty功放在2.2-2.6GHz的工作频段内,饱和输出和回退6dB输出时的漏极效率分别为60.1-65.5%和48-53%,同时,该功放还具有优秀的滤波特性,左右边带的带外抑制效果分别大于29.2dB和41.1dB,当测试信号采用宽带20MHz-LTE信号时,预失真后的邻近信道功率比(ACPR)分别为-51.8dBc和-51.2dBc。本文设计实现的两例功率放大器各项指标良好,对于滤波功率放大器的探索和发展有很高的实际意义,尤其是对小型化、绿色化的移动通信系统拥有很高的应用价值。
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