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宽禁带固态功率放大器的研究

作　者: 崔鹤
导　师: 魏彦玉
学　校: 电子科技大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 高效率 E类功率放大器 F类功率放大器宽禁带(WBG) ADS 2008
分类号: TN722.75
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 1次
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内容摘要

近年来,随着通信和微电子技术的发展,现代军用雷达系统正朝着小型化、高功率、高效率、宽频带及适合在恶劣环境中工作等方向发展。功率放大器作为系统中最重要的模块之一,它的性能决定了整个系统的性能和技术水平。又由于功率放大器是系统中的主要耗能模块,因此提高功率放大器效率问题是研究整个系统的关键。第三代半导体材料GaN、SiC等宽禁带(宽带隙)半导体具有高的击穿电场、高的热导率、功率密度大、电子饱和漂移速度高及抗辐射能力强等优点,非常适合制作高频率、高效率和大功率电子器件。因此采用宽禁带器件制作功率放大器逐渐成为研究的热点。本文采用宽禁带器件设计了S波段E类、F类功率放大器。由于E类、F类功率放大器的电流和电压波形的峰值不会同时出现,器件近似“开关”其功率消耗达到最低,理论上功率放大器的效率可以达到100%。文中详细地介绍了E类、F类功率放大器的基本原理及设计方法,采用微带分支线设计匹配电路的新方法,实现了E类、F类功率放大器的高效率。在ADS 2008中采用负载牵引和谐波平衡法对功率放大器进行仿真和优化,最后对实物进行调试和测试。测试结果中,E类功率放大器在1.8GHz~2.0GHz频段,在输入功率30dBm时,增益达到了10dB以上,功率附加效率(PAE)在整个频段都达到了50%以上,而且在1.95GHz频点处达到了60%。F类功率放大器在2.2GHz~2.4GH频段,在输入功率为28dBm时,输出功率达到了41dBm,功率附加效率达到了50%以上。两种功率放大器的测试结果均达到了设计要求,具有一定的工程参考价值。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-13
  1.1 课题背景  9
  1.2 微波固态放大器及半导体材料的发展现状  9-11
  1.3 研究意义及内容安排  11-13
第二章微波固态功率放大器的理论基础  13-32
  2.1 微波功率放大器的主要技术指标  13-18
  2.2 微波功率放大器的分类  18-19
  2.3 A、AB、B、C 类微波功率放大器电路  19-21
  2.4 开关模式功率放大器  21-32
第三章 E 类功率放大器的设计  32-53
  3.1 E 类功率放大器的设计方案及指标分配  32-33
  3.2 功率放大器芯片的选择  33-34
  3.3 介质基片的选择  34
  3.4 偏置网络的设计  34-35
  3.5 E 类功率放大器的仿真设计  35-48
    3.5.1 直流特性仿真分析  36-37
    3.5.2 负载牵引和源牵引仿真  37-40
    3.5.3 匹配网络的设计  40-44
    3.5.4 E 类功率放大器的整体仿真  44-48
  3.6 CRF24010 E 类功率放大器测试与分析  48-52
    3.6.1 功率放大器的调试  48-50
    3.6.2 功率放大器的测试  50-52
  3.7 本章小结  52-53
第四章 F 类功率放大器的设计  53-63
  4.1 F 类功率放大器的实现方法  53-56
    4.1.1 F 类功率放大器的基本工作原理  53-54
    4.1.2 集总参数元件设计的F 类功率放大器  54-55
    4.1.3 微带传输线设计的F 类功率放大器  55-56
  4.2 F 类功率放大器的设计与仿真  56-60
    4.2.1 输入、输出匹配网络的设计  57-58
    4.2.2 仿真结果  58-60
  4.3 F 类功率放大器的测试  60-62
  4.4 本章小结  62-63
第五章总结  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
攻硕期间取得的研究成果  68-69

宽禁带固态功率放大器的研究

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