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GaN高效率功率放大器研究

作　者: 孙世滔
导　师: 吕国强
学　校: 合肥工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 射频功率放大器 氮化镓（GaN） 非线性输出电容 高效率 宽带化
分类号: TN722.75
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


射频功率放大器在无线通信系统的信号发射机中扮演着非常重要的角色，它占据了整个系统85%左右的能耗，其工作带宽也在很大程度上决定了系统的工作带宽。随着现代通信数据的爆发式增长和人们对移动终端的依赖性使用，如何提高效率，延长设备使用时间；如何扩展带宽，提高数据传送的容量和速度，这两个问题成为射频研究领域的热点。基于实际应用的需要，本文对射频功率放大器的高效率化和宽带化进行了探索和研究。本文首先介绍了本课题研究的背景和实际意义，并简要介绍了氮化镓（galliumnitride，GaN）半导体器件、高效率和宽带射频功放在国内外发展现状。接着阐述射频功率放大器基本理论知识，包括分类、主要技术指标、宽带功放概念，高效率功放相关研究，包括微带线基础理论和阻抗匹配技术，并对高效率功放进行了有关寄生参数的分析。第四章进行窄带放大器的设计工作，采用建模仿真对功放晶体管输出端非线性电容Cout进行分析，采用一系列改进方法进行了直流偏置电路、谐波控制电路、基波匹配电路的设计与仿真工作，制作出一款高效率窄带放大器，工作频率2.09-2.19GHz，输出功率40dBm以上，输出效率大于75%。第五章对功放宽带化高效率问题进行研究，对Cout建模分析后得出：利用非线性电容Cout作用能使谐波阻抗高效率区域扩大化。重点进行了针对宽带功放的直流偏置电路、谐波基波阻抗匹配电路的设计改进工作，制作出一款工作在2-3GHz，输出功率大于40dBm，效率大于65%的高效率宽带功率放大器。

全文目录


致谢  7-8
摘要  8-9
ABSTRACT  9-16
第一章 绪论  16-22
  1.1 课题研究背景和意义  16-17
  1.2 射频功率放大器国内外研究现状  17-21
    1.2.1 GaN 材料的发展现状  17-18
    1.2.2 功放高效率技术发展现状  18-20
    1.2.3 功放宽带技术发展现状  20-21
  1.3 本文主要工作及内容安排  21-22
第二章 射频功率放大器基本理论  22-31
  2.1 射频功率放大器分类  22-26
    2.1.1 传统线性功率放大器  22-24
    2.1.2 高效率开关模式功率放大器  24-26
  2.2 射频功率放大器主要技术指标  26-30
  2.3 宽带功率放大器简介  30
  2.4 小结  30-31
第三章 射频功率放大器高效率设计研究  31-40
  3.1 微带线理论  31-33
  3.2 阻抗匹配  33-36
    3.2.1 共轭匹配  33-34
    3.2.2 功率匹配  34-36
  3.3 寄生参数对 F 类功放影响  36-39
    3.3.1 F 类功放  36-38
    3.3.2 寄生输出电容 Cout对 F 类功放影响  38-39
  3.4 小结  39-40
第四章 S 波段窄带高效率功率放大器设计  40-65
  4.1 直流偏置网络设计  40-42
  4.2 非线性输出电容建模分析  42-45
  4.3 谐波网络设计  45-53
    4.3.1 负载牵引分析  45-50
    4.3.2 谐波网络设计  50-53
  4.4 基波匹配电路设计  53-56
    4.4.1 具备谐波网络的基波负载牵引  53-54
    4.4.2 输入输出阻抗匹配  54-56
  4.5 功放整体仿真  56-59
    4.5.1 功放输出结果仿真  56-58
    4.5.2 仿真对分析的验证  58-59
  4.6 实物测试与结果讨论  59-63
  4.7 小结  63-65
第五章 2-3GHz 宽带高效率功率放大器设计  65-79
  5.1 非线性输出电容 Cout对宽带功放高效率作用的建模分析  65-68
  5.2 宽带高效率功率放大器仿真设计  68-76
    5.2.1 直流偏置电路设计  68-70
    5.2.2 负载牵引分析  70-71
    5.2.3 宽带匹配准则  71-73
    5.2.4 阻抗匹配设计  73-74
    5.2.5 原理图版图仿真  74-76
  5.3 功放实测  76-78
  5.4 小结  78-79
第六章 总结与展望  79-81
参考文献  81-86
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况  86-87

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 放大技术、放大器 > 放大器 > 放大器：按作用分 > 功率放大器
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