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高性能多模负载调制型功率放大器设计研究

高性能多模负载调制型功率放大器设计研究

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作者：沈新程杭州电子科技大学

学位级别：硕士

为了应对多种探测服务标准和高集成度、低功耗的需求,雷达通信系统正朝着多功能化、小型化的趋势快速发展,这使得功率放大器需要支持在多模式和多频段下工作;另一方面,为了提升频谱利用率和解决数据传输等问题,更多复杂调制技术的使用... 详细信息

为了应对多种探测服务标准和高集成度、低功耗的需求,雷达通信系统正朝着多功能化、小型化的趋势快速发展,这使得功率放大器需要支持在多模式和多频段下工作;另一方面,为了提升频谱利用率和解决数据传输等问题,更多复杂调制技术的使用促使无线通信系统朝着具有高峰均比信号的趋势发展,这要求功率放大器在功率回退下具有高效率。传统功放无法保证多模式下的工作效率且在功率回退时性能会恶化,负载调制型功放具备支持多种工作模式并兼具回退点高效率的优势,设计灵活性和可扩展性较强,但同时相比传统功放设计难度增大,调试困难。因此,本文旨在提出一种多模负载调制型功放架构以满足对高性能多模功放的需求;研究出一种智能优化算法用于功放的辅助设计,缩短功放设计周期。本文的主要工作内容如下:1、首先从射频功率放大器在雷达及通信系统的设计需求出发,分析基于异相功放架构实现高性能多模负载调制功放的潜能;接着讨论了利用人工智能算法辅助射频功放实现敏捷性设计的可行性及必要性。随后概述异相功放以及开展的多模功放研究和智能算法辅助功放设计的研究现状。并通过数学推导对异相功放的负载调制原理和代表性合成器理论进行了介绍,为下文设计做铺垫。2、结合现代雷达应用背景,提出了一种新型多模异相架构,采用Ga As p HEMT工艺设计实现一款工作频率为16GHz的多模异相功率放大器MMIC芯片。通过将数控移相器植入进异相功放中,改变开关状态来控制上下路特定相位差的变化,从而实现异相功放工作模式的切换。最终实现高功率模式(饱和状态)和低功率模式(6d B功率回退状态)两种工作模式的切换,并分别拥有51.6%和46.2%的工作效率。3、为缩短功放设计周期,减少繁杂的调试工作,提出了一种遗传贝叶斯多目标优化算法。首先将该算法应用于宽带单管功率放大器的自动化设计,测试结果显示在2-3GHz间平均效率为63.1%,输出功率为41-41.9d Bm,验证了所提出算法的可行性。接着将其应用于负载调制型异相功放的优化设计场景,采用新的混合式目标函数,对异相功放的输出功率合成匹配网络进行了优化设计。设计了一款工作在2.4-2.7GHz的宽带异相功放,测试结果显示在工作频带内,6d B回退范围内效率超过53.5%,测试结果反映该优化算法具有较强的鲁棒性和泛化能力,在复杂功放的优化设计场景下也具有适用性。

关键词：多模功率放大器有源负载调制异相功率放大器 MMIC 自动化设计贝叶斯优化算法

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0.7～2.6GHz宽带CMOS功率放大器设计

0.7～2.6GHz宽带CMOS功率放大器设计

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作者：虞宙东南大学

学位级别：硕士

近年来,随着无线通信技术的快速发展,支持多种无线通信标准的移动终端成为人们生活中不可或缺的工具,因而对射频收发机提出了多模多标准应用的需求。功率放大器作为射频收发系统中的关键模块,会对收发机的整体性能产生重要影响。多模多... 详细信息

近年来,随着无线通信技术的快速发展,支持多种无线通信标准的移动终端成为人们生活中不可或缺的工具,因而对射频收发机提出了多模多标准应用的需求。功率放大器作为射频收发系统中的关键模块,会对收发机的整体性能产生重要影响。多模多标准收发机中功率放大器的常用设计方案包含多频带并行方案和宽带方案。宽带功率放大器可以利用单块芯片支持多个工作频段和通信标准,在成本和可扩展性上具有较大的优势。本课题针对多模多标准收发机中的宽带功率放大器模块进行研究和设计。基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,介绍了应用于0.7-2.6GHz频段内的宽带CMOS功率放大器的设计和测试过程。本课题设计的功率放大器采用两级线性放大器结构,设计中利用有耗匹配网络和低Q值多级匹配网络实现宽带匹配,保证工作频带内输入匹配和输出功率满足指标要求。运用增益补偿和负反馈技术实现了功率放大器的宽带特性。宽带功放的芯片面积为0.5mm2,输出匹配网络在片外实现。后仿真结果表明宽带功放的工作频率为0.7-2.6GHz,最大输出功率大于23dBm,输出1dB压缩点大于20dBm, 1dB压缩点处的功率附加效率为19.30%o.--35.5%。频带内功率增益大于23dB,S11小于-10dB。测试结果表明本文设计的宽带CMOS功率放大器的可用工作频段为0.7-1.5GHz,最大输出功率为18.2-22.3dBm,输出1dB压缩点为16.6-21.4dBm, 1dB压缩点处功率附加效率为7.70%～23.4%。频带内功率增益大于16dB, Sn小于-13dB。本课题所设计的宽带CMOS功率放大器具有较好的线性度和超过一个倍频的工作频带,适用于多种无线通信标准,可作为发射模块的一部分应用于多模多标准收发系统中。

关键词：多模收发机多模功率放大器宽带功率放大器宽带匹配有耗匹配网络

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