射频功率放大器在雷达、无线通信、导航、卫星通讯、电子对抗设备等系统中有着广泛的应用，是现代无线通信的关键设备.与传统的行被放大器相比，射频固态功率放大器具有体积小、动态范围大、功耗低、寿命长等一系列优点；由于射频功率放大器在军事和个人通信系统中的地位非常重要，使得功率放大器的研制变得十分重要，因此对该课题的研究具有非常重要的意义.设计射频集成功率放大器的常见工艺有GaAs，SiGe BiCMOS和CMOS等.GaAs工艺具有较好的射频特性和输出功率能力，但其价格昂贵，工艺一致性差；CMOS工艺的功率输出能力不大，很难应用于高输出功率的场合；而SiGe BiCMOS工艺的性能介于GaAS和CMOS工艺之间，价格相对低廉并和CMOS电路兼容，非常适合于中功率应用场合.本文介绍了应用与无线局域网和Ka波段的射频集成功率放大器的设计和实现，分别使用了CMOS，SiGe BiCMOS，GaAs三种工艺.（1）由SMIC 0.18um CMOS工艺实现的放大器工作频率为2.4GHz，采用了两级共源共栅电路结构，在5V电源电压下仿真结果为小信号增益22dB左右，1dB压缩点处输出功率为20dBm左右且功率附加教率PAE大于15%，最大饱和输出功率大于24dBm且PAE大于20%，芯片面积为1.4mm*0.96mm；（2）由IBM SPAE 0.35um SiGe BiCMOS工艺实现的功率放大器工作频率为5.25GHz，分为前置推动级和末级功率级，电源电压为3.3V，仿真结果为小信号增益28dB左右，1dB压缩点处输出功率大于26dBm，功率附加效率大于15%，最大饱和输出功率为29.5dBm，芯片面积为1.56mm"1.2mm；（3）由WIN 0.15um GaAs工艺实现的功率放大器工作频率为27-32GHz，使用了三级功率放大器结构，在电源电压为5V下仿真结果为1dB压缩点的输出功率Pras 26dBm，增益在20dB以上，最大饱和输出功率为29.9dBm且PAE大于25%，芯片面积为2.76mm"1.15mm.论文按照电路设计、仿真、版图设计、流片和芯片测试的顺序详细介绍了功率放大器芯片的设计过程，对三种工艺实现的功率放大器进行了对比，并通过各自的仿真结果对出现的问题进行了详尽的分析。
上传时间： 2022-06-20
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在现代无线通信系统中，射频终端的功率放大器的性能指标影响着整个通信系统的好坏，它的线性特性和功率转换效率等的研究正成为研究热点。在此背景下，研究设计出了一个工作在800MHz，用于移动设备终端的功率放大器。研究中，我们采用ADS进行了性能仿真，得到了该放大器的性能指标。针对制板时的电路原理图和布线，分析了板图布局的电磁兼容特性，并给出了仿真结果。最后采用Protel根据电路原理图设计了板图。本文的主要贡献如下：1、介绍了射频功率放大器的基本技术，包括分类、性能指标、演进和设计要求等。研究了当前如何改进放大器的线性性能的主要技术，如功率回退法、前馈技术、反馈技术及预失真技术等。同时研究了功率放大器的功率转换效率特性和提高效率的一些措施。2、研究设计了一个工作在800MHz用于移动终端的功率放大器。完成了从系统到电路的匹配和优化的全过程，并进行了性能仿真。3、采用功率回退线性化技术，进一步优化该放大器的性能指标，包括输出功率、增益、三阶交调、1dB增益压缩点、效率、频谱特性等性能参数。仿真结果表明，放大器的性能得到了进一步的提升。
标签： 射频功率放大器
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