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E类功率放大器负载变化对工作特性的影响分析

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电工技术学报 2015年第4期30卷 98-105页

作者：邓思建谭坚文廖瑞金叶方伟曾德平刘青松重庆医科大学生物医学工程学院省部共建超声医学工程国家重点实验室重庆400016 重庆通信学院特种电源重点实验室重庆400035 重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400030

E类功率放大器在实际工作情况下,终端负载可能偏离理论设计值,使功放工作特性发生改变,严重时甚至损坏开关管。本文从理论上对e类功放的电路参量进行了理论分析和推导,得到输出功率、工作效率和漏极电压等参数与负载之间的解析关系,并通... 详细信息

E类功率放大器在实际工作情况下,终端负载可能偏离理论设计值,使功放工作特性发生改变,严重时甚至损坏开关管。本文从理论上对e类功放的电路参量进行了理论分析和推导,得到输出功率、工作效率和漏极电压等参数与负载之间的解析关系,并通过Saber电路仿真和实际电路测试进行了验证。分析结果表明,负载偏离最优负载时,输出功率下降,工作效率降低;当负载变低时,开关管漏极电压和电流峰值升高,使开关管电压和电流应力增加。本文得出的理论结果可确定E类功率放大器的负载容许变化范围,也为变负载条件下的e类功率放大电路设计和分析提供重要参考。

关键词： E类功率放大器负载变化输出功率工作效率开关管应力

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平衡式e/F类功率放大器的设计与实现

工程设计学报 2018年第2期25卷 237-244页

作者：南敬昌张鹏俊辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁葫芦岛125105

为了解决功率放大器设计过程中存在的效率低和输入/输出端回波损耗较大的问题,设计了一种工作频率为1.5GHz的平衡式功率放大器。通过采用3dB定向耦合器对射频信号进行分配及合成,大大降低了输入/输出端的驻波系数,并将逆F类功率放大器... 详细信息

为了解决功率放大器设计过程中存在的效率低和输入/输出端回波损耗较大的问题,设计了一种工作频率为1.5GHz的平衡式功率放大器。通过采用3dB定向耦合器对射频信号进行分配及合成,大大降低了输入/输出端的驻波系数,并将逆F类功率放大器的谐波控制网络引入E类功率放大器的匹配电路中。使用ADS对晶体管进行负载牵引和源牵引,得到晶体管的输入/输出阻抗,同时结合晶体管的寄生参数,在输出匹配电路中对二次谐波、三次谐波分别进行开路和短路处理,且为了进一步提高功率放大器的工作性能,在输入电路结构中抑制了二次谐波。选用GaN HeMT器件CGH40010F晶体管,利用ADS软件进行电路仿真,并采用Rogers4350b高频板材制作该功率放大器的实际测试电路板。仿真优化和实测表明:在输入功率为28dBm时,该功率放大器的输出功率为41.54dBm,漏极效率为76.99%,功率附加效率(power additional efficiency,PAe)达到73.59%,输入/输出端驻波系数小于2,同时具有160 MHz的高效率带宽,且最大输出功率较单管功率放大器提高了3dB。实测结果与仿真数据有一定的误差,但仍有较好的一致性,满足设计指标要求,验证了设计方法的可行性。该设计方法具有效率高和回波损耗低的优势,提高了功率放大器的设计效率,使它在当今高效绿色节能的射频微波通信系统中具有广阔的应用前景。

关键词： E类功率放大器逆F类功率放大器 GaN 平衡结构驻波系数

基于E类功率放大器的非接触感应耦合电能传输系统

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大连理工大学学报 2017年第6期57卷 644-649页

作者：牟宪民陈希有焦海坤周宇翔大连理工大学电气工程学院辽宁大连116024 中电投吉林核电有限公司吉林长春130000

为了提高非接触感应耦合电能传输系统的可靠性,提出了一种基于E类功率放大器的拓扑结构.将发射线圈和接收线圈的耦合电感进行等效变换,把发射线圈的漏感作为E类功率放大器谐振单元,把励磁电感作为折算后负载电阻的匹配电感.在电能非接... 详细信息

为了提高非接触感应耦合电能传输系统的可靠性,提出了一种基于E类功率放大器的拓扑结构.将发射线圈和接收线圈的耦合电感进行等效变换,把发射线圈的漏感作为E类功率放大器谐振单元,把励磁电感作为折算后负载电阻的匹配电感.在电能非接触传输的同时实现了阻抗变换,把等效负载电阻限制在一定的范围内.提出的拓扑结构简单,无需额外的补偿网络.并且负载电阻变化时,均能满足E类功率放大器的零电压软开关条件.仿真和实验结果验证了新拓扑结构电路的可行性.

关键词：非接触电能传输感应耦合 E类功率放大器逆变器电路零电压软开关

一种高效率2.4 GHz CMOSE类功率放大器

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微电子学 2017年第4期47卷 473-477页

作者：郑岩李志强刘昱黄水龙张以涛中国科学院微电子研究所北京100029 新一代通信射频芯片技术北京市重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049

基于IBM SOI 0.18μm CMOS工艺,设计了一种高功率附加效率(PAe)的E类功率放大器,由驱动级和输出级两级构成。驱动级采用e类结构,使输出级能更好地实现开与关。输出级采用电感谐振寄生电容,提高了效率。输出级的共栅管采用自偏置的方式,... 详细信息

基于IBM SOI 0.18μm CMOS工艺,设计了一种高功率附加效率(PAe)的E类功率放大器,由驱动级和输出级两级构成。驱动级采用e类结构,使输出级能更好地实现开与关。输出级采用电感谐振寄生电容,提高了效率。输出级的共栅管采用自偏置的方式,防止晶体管被击穿。两级之间使用了改善输出级电压和电流交叠的网络。仿真结果表明,在2.8 V电源电压下,工作频率为2.4 GHz时,功率放大器的输出功率为23.17 d Bm,PAe为57.7%。

关键词：功率附加效率 E类功率放大器输出级驱动级

一种55 nm CMOS 5 GHz高效e类射频功率放大器

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微电子学 2019年第5期49卷 623-627页

作者：王晓蕾叶坤王月恒倪伟合肥工业大学微电子设计研究所

为了减小功率放大器的功率损耗、提高功率附加效率,基于TSMC 55nm CMOS工艺,设计了一种工作频率为5GHz的高效率e类射频功率放大器。采用包含驱动级的两级电路结构,提高了电路的功率增益。对负载回路进行优化设计,改善了漏极电压与电流... 详细信息

为了减小功率放大器的功率损耗、提高功率附加效率,基于TSMC 55nm CMOS工艺,设计了一种工作频率为5GHz的高效率e类射频功率放大器。采用包含驱动级的两级电路结构,提高了电路的功率增益。对负载回路进行优化设计,改善了漏极电压与电流波形交叠的问题,进而提升了效率,同时降低了漏极电压的峰值,缓解了晶体管的击穿压力。仿真结果表明,电源电压为2.5V时,该放大器的输出功率为21.2dBm,功率附加效率为53.1%。

关键词： E类功率放大器 CMOS 两级级联结构功率附加效率

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基于65nm工艺的E类功率放大器设计

微处理机 2022年第3期43卷 1-3页

作者：任建郭国发张本全郑艳娜沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳110870

为进一步提高射频功率放大器的效率与增益性能,设计一种工作在5GHz频率上的E类功率放大器。设计采用三级级联的D类功率放大器作为驱动级放大器,并包含一个工作在e类状态的cascode结构功率放大器,对负载回路进行负载牵引匹配优化。通过... 详细信息

为进一步提高射频功率放大器的效率与增益性能,设计一种工作在5GHz频率上的E类功率放大器。设计采用三级级联的D类功率放大器作为驱动级放大器,并包含一个工作在e类状态的cascode结构功率放大器,对负载回路进行负载牵引匹配优化。通过理论分析,使用Cadence软件Spectre对设计结构展开仿真。仿真结果得到器件在5 GHz及1.6 GHz~5.5 GHz区间的增益数据,证实设计具有很好的平坦度,同时得到功率附加效率、饱和输出功率的数值,证明其具有较好的线性度。本设计在5G通信技术领域具有重要应用及研究价值。

关键词： E类功率放大器 Cascode结构驱动级放大器功率附加效率饱和输出功率

基于GaN HeMT的高效率E类功率放大器的设计研究

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基于GaN HEMT的高效率E类功率放大器的设计研究

作者：王晶渊中国航天科技集团公司第五研究院西安分院

学位级别：硕士

高效率,是微波功率放大器设计的永恒主题。随着全球无线通信技术的日益发展,用户对系统能耗的要求越来越高。无线射频发射机是无线通信硬件系统的关键一环,而功率放大器又是无线射频发射机中的主要耗能单元。提升功率放大器的效率就可... 详细信息

高效率,是微波功率放大器设计的永恒主题。随着全球无线通信技术的日益发展,用户对系统能耗的要求越来越高。无线射频发射机是无线通信硬件系统的关键一环,而功率放大器又是无线射频发射机中的主要耗能单元。提升功率放大器的效率就可以降低系统的功耗。E类功率放大器(class-e power amplifier)是开关类功率放大器(switching mode PA)的一种,其理论效率可达100%,可以有效解决线性功率放大器效率不足的问题。论文首先介绍了晶体管技术和E类功率放大器的研究历史和研究进展,并阐述了功率放大器的分类、指标、组成等基本理论。然后,本文在开关类功率放大器的基础上构建了E类功率放大器的电路,并定量推导了负载网络各元件的设计公式。随后利用氮化镓(GaN)晶体管设计了卫星测控频段2.2GHz的E类功率放大器。仿真结果表明,漏极电压电流波形基本符合e类,但存在部分交叠。针对这个问题,在晶体管漏极引入了“去封装电路”,并在等效开关面处观察到理想的e类波形。接着,开展了2.2GHz微带线E类功率放大器的研究。本文提出一种部分谐波抑制和漏极电感增强的设计方法,将集总元件的负载网络转化为微带线形式,使负载网络具备谐波抑制和阻抗变换的作用。实测结果表明,在2.1GHz.3GHz通带内,功率附加效率(PAe)均超过了60%,且输出功率不低于40dBm。中心频率处PAe可达67.3%,输出功率为41.03dBm,功率增益G超过15dB。最后,指出了论文工作中存在的诸如线性度等问题,分析了下一步优化的方向,并对未来GaN E类功率放大器的发展进行了展望。

关键词： GaN HeMT 高效率 E类功率放大器去封装谐波抑制

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E类功率放大器的研究与设计

E类功率放大器的研究与设计

作者：程洋广西师范大学

学位级别：硕士

在无线通信系统中,射频发射机是其重要组成部分,而功率放大器作为射频发射机的核心部件占据着一半以上的功率损耗,所以,其设计性能的好坏将直接决定发射机的输出性能。因此在满足设计基本要求前提下,如何提高功率放大器的输出功率和效... 详细信息

在无线通信系统中,射频发射机是其重要组成部分,而功率放大器作为射频发射机的核心部件占据着一半以上的功率损耗,所以,其设计性能的好坏将直接决定发射机的输出性能。因此在满足设计基本要求前提下,如何提高功率放大器的输出功率和效率是目前设计功率放大器的重点及难点。本论文首先表述了无线通信系统在当今社会生活中的重要意义,简要说明了e类功放的国内外研究现状、主要技术指标及其分类,详细介绍了E类功率放大器的工作原理,并根据目前功放研究过程中普遍存在的功耗大、效率低的问题,提出了两种设计方法,其一:通过采用集总元件和分布元件混合匹配模型结合谐波双向牵引技术,设计出最佳匹配网络,提高电路输出功率;其二:采用输出反馈网络,控制偏置电压,提高功放管导通截止转换效率,提高电路的功率附加效率。最后分别在ADS和Cadence Virtuoso环境下完成了两款高效率、高输出功率的功率放大器的设计与仿真。本论文主要完成以下几个方面的研究内容:(1)首先分析功率放大器在信号传输过程中功率损耗的原因,采用集总元件和分布元件混合匹配模型并结合谐波双向牵引技术,设计出整体电路的最佳匹配网络,同时,在电路输入、输出端引入并联接地电容,提高设计电路的可调性。最后利用ADS仿真软件设计了这款工作在1.85GHz,输入信号功率为20dBm时,输出功率为37.8dBm,增益为18dB,功率附加效率为46.62%的高效率、高输出功率的E类功率放大器。(2)通过对传统共源共栅(cascode)结构E类功率放大器的分析,设计了一款工作在8.9GHz高效率高增益的E类功率放大器。该设计的创新点在于通过在传统共源共栅电路的共栅输出端加入反馈回路,通过反馈回路来控制共栅晶体管的栅极电压,提高cascode电路导通和截止的转换效率。同时,在电路输入端摒弃常规单级放大结构模型,采用3层共源共栅电路结构提高电路输出阻抗,提高整体电路的输出增益。最后,采用台积电1P6M 180nm RF CMOS工艺,设计完成该款E类功率放大器,当其工作频率在8.9GHz时,输出功率为23.5dBm,增益为24.5dB,功率附加效率为22.5%。

关键词： E类功率放大器 CMOS 高效率高输出功率反馈网络

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WPT中高效E类功率放大器的研究

电子元件与材料 2017年第8期36卷 88-92页

作者：蒋鹏杨平电子科技大学机械电子工程学院四川成都611731

作为无线电能传输(WPT)系统的核心部件之一,E类功率放大器的理论效率可达100%,具有很好的研究前景。本文对E类功率放大器进行理论分析与设计建模,运用电磁仿真软件ADS进行仿真,通过源牵引和负载牵引进行最佳阻抗匹配以优化效率,基于仿... 详细信息

作为无线电能传输(WPT)系统的核心部件之一,E类功率放大器的理论效率可达100%,具有很好的研究前景。本文对E类功率放大器进行理论分析与设计建模,运用电磁仿真软件ADS进行仿真,通过源牵引和负载牵引进行最佳阻抗匹配以优化效率,基于仿真结果进行了硬件电路设计制作。结果表明,设计制作的e类功放在27~29MHz输出的最大功率附加效率(PAe)为91.3%,同时获得17.5 d B的功率增益,验证了设计的正确性与可行性。

关键词：无线电能传输效率 E类功率放大器电磁仿真阻抗匹配功率增益