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1、HUNAN UNIVERSITY毕 业 论 文论文题目F类射频功率放大器的研究学生姓名学生学号专业班级电子信息工程1101学院名称电气与信息工程学院指导老师学院院长200 年 月 日摘要近年来跟着无线通信的快速发展，当代通信体系对发射机的标准愈来愈高，射频功率放大器作为发射机的首要部件，对发射机系统的机能目标有关键作用，功率放大器在全部无线通信体系中是非常重要的一环，由于它的输出功率决定了通讯间隔的时间，其功效决定了电池的损耗水平及使用时间，所以策划机能目标良好的射频功率放大器有着非常重要的意义。 ADS2008集合了多种EDA软件的长处，可进行时域、频域仿真，模拟电路、数字电路仿真，线性、非
2、线性电仿真，小到独立元器件的仿真，大到系统仿真、数/模混合仿真。其巨大的仿真功效和较高的准确性，曾经获得业界的广泛认同，变成业内最为流通的射频EDA软件。 本文借助ADS仿真软件的功能对晶体管进行建模仿真，在这个基础上对晶体管的稳定性进行了剖析，选用了负载牵引法并联合Smith圆图，对输入输出阻抗匹配电路进行了仿真优化设计。ABSTRACT In recent years, with the rapid development of wireless communication, modern communication systems have become increasingly dem
3、anding of the transmitter, the RF power amplifier as an important component of the transmitter on the performance of the transmitter system plays a key role in the entire wireless PA communication system is a very important part, because it determines the length of the output power of the communicat
4、ion distance, which determines the efficiency level of consumption and the use of battery time, so design a good RF power amplifier performance has a very important significance.ADS2008 combines the many advantages of EDA software, it can be time-domain and frequency-domain simulation, analog circui
5、ts, digital circuit simulation, linear, non-linear simulation, simulation small separate components, large system simulation, digital / analog mixed Simulation. Its powerful simulation capabilities and high accuracy, has been widely recognized by the industry, as the industrys most popular RF EDA so
6、ftware.With the help of powerful ADS simulation software for modeling and simulation of transistors, on this basis, the stability of transistors were analyzed, using the load-pull method combined with the Smith chart for input and output impedance matching circuit simulation optimization design .第一章
7、 绪 论1.1课题研究的背景和意义从全世界范畴来看,无线通信用户的数量越来越多,无线通讯己经到了领域化成长的阶段。现在,迅速发展的无线通信己成为信息产业中最为瞩目的亮点,并成为促进社会经济崛起的强有力能源。跟着数字无线通信技术的扩大,在通信系统的发展，射频功率放大器越来越受到人们的关注，而无线数字通讯有发射机,而且和射频功率放大器是发射机的基本要素。随着世纪的到来，人类社会已经进入信息时代，信息社会极大地改变了人类社会的生产，工作，学习和生活方式，对信息的依赖和需求，越来越多的人,任何时候，任何地方，并迅速与任何信息交换对方可靠通信已经成为人们不断追求的目标。射频功率放大器是无线收发系统的最重
8、要部分,它在全部系统中占据非常紧要的地位,它对于加强信号强度、拉长系统操作间隔、是电源效果下降、降低该系统体积小重量起着关键的角色。由于功率放大器本身功耗大，对于全部体系来讲,功率放大器的功耗乃至占到了系统功率消耗70%以上,所以,策划高效能和高线性度的功率放大器变成当前功放策划的重要趋势。射频放大电路是射频通讯电路中的最根本电路,实现信号放大并提供必须的功率增益。射频放大电路在通讯体系的回收电路中担当将薄弱信号放大,在发射电路掌管供给充足功率的射频信号输出。依据应用领域,射频放大电路包含。之中射频功率放大器按性能分为线性和非线性，其中非线性功率放大器也可以叫做开关模式放大器。 按照输入与输出
9、讯号之间的大小比例关系，功率放大器可分为线性与非线性。属于线性放大器的有B类AB类放大器为类C类D类和E类放大器的输出波形不同类型如F类类和类型。 (l) A类放大器是全部类型功放中线性最高的，其功率元件在输入信号的每个内部周期内均导通，可导通角度为360度但其效能却十分低，在理想状况效能只能到达50%而在实际电路中，却限定在30%以下。 (2) B类功率放大器的功率元件只在输入止弦波之半周期内导通，导通角只为180度其效能在理想状况下可达到78%但在实践中所能达到的效能不可能超出6% (3)功率放大器的AB类的特点是A类和B类放大器之间，其功率分量偏差在比停波信号很小的非零直流电流峰值，所以
10、一般情况下导通角在180度和360度之间，而它的的效能在30%60%之间。 (4)C类功放的元件导通时间比半周期短，即导通角小于180度其输出波形为周期性脉冲，一定要与LC滤波电路后并联之后才可以得到正弦波 (5) D类和E类的功率放大器大都是开关模式放大器，原埋是把功率元件当成开关利用，输出的输出波形的滤波和匹配的输出级网络得到。 (6) F类功率放大器可以被认为是一个C类放大器的延伸，类似的偏见，但在功率管输出F类放大器和负载的谐波控制网络之间的补充，以提高工作效率。因为小信号参数，晶体管的电学性能可以被准确地描述，因此它被广泛地应用。于放大电路的设计。随着工作频率的增加，功率放大器是强非
11、线性由于其很强的非线性。取决于非线性模型预测其电气性能，以及电路设计的准确性取决于非线性模型的准确性。因为大信号模子的缺少，使得射频功率放大器的策划和剖析十分艰巨。而厂商一般是给定的参数值，对于那些不常用的获取参数困难的频率范围。因此，它是选择设备的仿真。合适的仿真软件很重要这可以减少很多对提高设计速度的计算。同时，由于晶体管的高频寄生参数的影响，是影响,要坚持功放的稳定性就必须要电路板适当的布局，有效配置是射频放大器设计的关键。对功率放大器的F级，其定义是不以导通角的概念，为使输出的功放管电流为正弦半波，和输出电压波形为方波，且它的电压电流波形相位差180度，使功率放大器没有功率损耗，使F类
12、功率放大器的理想泄漏率可达100%。这类范例的功放容易完成，而且能够可以和其他几种效能提高技能共同操作，能够用在当今愈来愈高的系统中。于是，目前高效率功放的钻研热门齐聚到F类功放上，钻研F类功放的操作就具备了更加实践的意旨。 1.2 国内外研究现状怎么样才能有效果地提升功放的效率从古至今一直都是研究者们最关心的问题，这是因为功率放大器是全部通讯体系中功损耗最大的模块，若果可以提升功放的效能降低能量消耗，那样的话会对所有体系的通信会有显著的进步。为了这个目标，学者们想出了某种理想效能可以达到100的功放设计的出现，那就是F类功率放大器。F类功放拥有很多种研发道路。最稳定的电压波形设计理论第一次提
13、出是在1958，在1919的首个多谐振功率放大器的诞生。F类功放首次在超高频的应用工作是在1967年，它是由Snidei设计的，他经过钻研功率放大器的最好负载阻抗，并将全部的谐波阻抗调节到到开路和者短路形态，从而使得使得全部的谐波功率完全都转化为可以用到的基频输出功率。在射频功率和微波频率之间，大家都很寻找到某种晶体管器件可以实将D类和E类放大器那样的快速开关转换的实现。高兴的是，大伙发觉若果对于全部谐波阻抗全都进行调控，那样就可以在晶体管有效率的工作在相似于D类和E类那样的开关状态，那样就可以加大电路在高频范畴内的工作效能。F类功放起初是经过对B类功率放大器的刺激变化而来的。刺激的B类功放电
14、压波形的波峰会被削平，那种失真的波形包括了很多高次的谐波分量，这种电压波形因为可以与电流波形之间的交叉减小，所以可以很大程度上提升功放效率。 1.3 主要工作和章节安排 本文的主要研究内容是掌握F类射频功率放大器结构与原理，基于ADS电路仿真软件，设计2.65GHz频段F类功率放大器，并且实现小信号增益大于10dB，增益平坦度小于1dB，在ADS电路仿真软件中完成功放的优化与验证。本文主体共包含四大部分：第一章为绪论，剖析了F类功率放大器的功用主要介绍了本课题研究的背景和意义，F类功率放大器的发展历程以及国内外发展现状；第二章，F介绍了功率放大器的工作原理，并详细介绍了概念和F类功率放大器的工
15、作原理，这是对F类功率放大器的研究的基础上；第三章为F 类功率放大器的设计与仿真， 对ADS软件的使用做简单的介绍然后主要对射频功率放大器的电路设计与仿真过程做详细的介绍；第四章，总结全文并对本文中 F类射频功率放大器的可能发展方向进行了预测和展望；第2章 F类功率放大器的工作原理 2.1 功率放大器主要技术指标1、频段、功率与增益 对于功率放大器而言，Pout指的是一定频段范围内，某特定频率点传向外部负载的功率，如下(2-1) 输入功率指的是同频率下，适当的输入功率，描述如下： (2-2)功放增益G指的是输入输出功率比，描述如下：(2-3)若输入驱动增加，允许输出电压和电流的摆幅将受其非线性的制约，此时，输出功率将趋于饱和，输出功率为：(2-4)这时的功率增益将趋于零， (2-5)下图 显示的是一个有源器件根据Pin水平的变化I和V的波形变化. 2、增益压缩点 跟着输入功率的转变，Pin和Ap的变化和它们之间的关系用图表示出来，把对数作为相应的尺度，之中把功率的单位为设为dBm，输入当做横坐标轴，把功率增益单位为设为dB和输出一起，变成双y轴
