（毕业设计论文）《WLAN射频前端功率放大器设计》

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1、 西安邮电学院西安邮电学院毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文）题 目：WLAN 射频前端功率放大器设计 系 别： 电子与信息工程系 专 业： 电子科学与技术 班 级： 科技 学生姓名： 导师姓名： 职称： 教授 起止时间： 年 03 月 12 日 至 年 06 月 10 日西西 安安 邮邮 电电 学学 院院毕业设计毕业设计( (论文论文) )任务书任务书学生姓名学生姓名指导教师指导教师职称职称教授系系 别别电子与信息工程专业专业科技 题题 目目WLAN 射频前端功率放大器设计任务与要求任务与要求任务： 功率放大器是无线通信系统中的重要部分，通过功率放大器的设计， 使其掌握功率放大器的工作原

2、理及设计方法。根据功率放大器的工 作原理及设计方法，进行功率放大器的设计、优化，制作出工作频 率2.4GHz、放大增益8dB、输出功率15dBm的功率放大器。 要求： 1掌握功率放大器的工作原理。 2掌握功率放大器的设计理论和设计方法。 3了解功率放大器在通信中的应用。 4 设计出满足指标要求的功率放大器。 5 学会查阅资料。 6学会撰写科技论文。 7通过本设计培养学生理论与实践的方法。 8 掌握现代设计过程。开始日期开始日期-3-24完成日期完成日期-6-20系主任系主任 (签字签字)年年3月月10日日西安邮电学院毕业设计(论文)开题报告电子与信息工程 系 电子科学与技术 专业 级 04 班

3、课题名称：WLAN 射频前端功率放大器设计学生姓名： 学号：指导教师： 报告日期： 年 3 月 23 日 1.本课题所涉及的问题及应用现状综述本课题来源于科研项目。随着无线电技术的发展，WLAN 技术即无线局域网技术 取得了长足的进步。由于其数据速率的不断增大和人们对网络通信的要求不断增高， WLAN 在办公室、家庭和公共场所得到了广泛的应用。目前，IEEE 规定的 WLAN 的速 率标准主流有 802.11a（54Mbps） 、802.11b（11Mbps）以及兼容前两者的 802.11g（54Mbps） 。 本课题讨论的是适用于 802.11b 标准的、频段公开的 RF 前端功率放大器设计

4、。即在 通过广泛的调研、收集查阅资料的基础上，深入理解 RF 前端功率放大器工作原理和 设计方法，设计出一套高增益的适用于 WLAN 系统的放大电路。本放大电路包括四个 部分：直流偏置电路、三极管放大电路、输入匹配电路和输出匹配电路。直流偏置 电路提供给三极管合适的偏压进行工作；三极管放大电路负责将输入信号进行功率 放大；输入匹配电路和输出匹配电路是通过计算后得到电源的内阻和输入输出阻抗 并进行匹配设计得到的电路，目的是使整个放大电路工作在最大输出功率状态下。WLAN 射频前端功率放大器在 WLAN 技术当中起着重要的作用，它是发射机所必 须的设备之一。在当今社会技术飞速发展的今天，随时随地的

5、获取信息已成为越来 越多的人的需求和要求。无线局域网的发展无疑为人们在公共场合和其他没有网线 的地方提供了方便。WLAN 射频前端功率放大器作为 WLAN 应用的核心设备之一也必将 广泛应用。此外，射频前端功率放大器不仅可以应用于 WLAN，还可以应用于 GSM、GPS、卫星通信、雷达系统以及其他工作在射频频段的系统。2本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行 性分析 本课题需要重点研究的关键问题是深入理解射频功率放大器的工作原理以及设 计方法，输入输出匹配阻抗和三极管工作状态是如何确定的，怎样更好的解决功率 放大器的线性问题，最终根据原理与设计方法设计出合适的电路并应用

6、ADS 软件进 行仿真，找出参数设置存在的问题并反向分析通过重新设计电路和设置器件的参数 使电路达到最优，即输出功率最大。 在研究该问题之前要通过阅读有关 WLAN 的有关资料书籍和射频功率放大器的 设计方法。对 RF 功率放大器的工作原理有一个清晰的认识。对放大器的工作原理要 深入到电路的每一个器件。必须具备模拟电路设计的基本知识，认真复习模拟电路 的基本知识，掌握模拟 RF 功率放大器电路设计方法及其基本原理。对 RF 射频功率 放大器电路结构的认识，要从其应该分为几大模块，每个模块的功能是什么，每一 个模块的内部结构是怎样构成的，由什么器件构成，各个器件的作用是什么，都要 弄清楚。最后再

7、进行设计方案得制定,以及进行后续的工作。 本课题是要设计一个适用于 2.4GHz 的射频电路,从理论分析上看,达到本课题的 要求是完全可能的。随着电路技术的发展,射频电路的设计技术也有了巨大的提高， 并趋于成熟，例如 Maxim 公司研制开发的 MAX2242 WLAN 线性功率放大器。这表 明实现预期目标是完全可能的。从使用的工具上看,完成本课题也是可以的，在完成 本课题的过程中使用了 ADS 仿真工具和 PROTEL 等工具，这些工具和软件的使用， 完全可以满足设计的要求。3完成本课题的工作方案 完成本课题要认真复习模拟电路和高频电子线路的基本知识，掌握功率放大器 的设计方法及其基本原理。

8、学习 ADS 仿真工具的使用和 PROTEL 等工具的使用，为 此制定完成本课题的工作方案如下：（1）认真复习、学习模拟电路设计方法及其基本理； （2）掌握 RF 功率放大器的工作原理，提交毕业设计开题报告；（3）学习 ADS 仿真工具的使用和 PROTEL 等工具的使用；（4）初步设计出电路，并使用仿真工具仿真；（5）对电路的参数进行优化；（6）初步完成毕业设计论文；（7）在老师的帮助下修改毕业设计论文。4指导教师审阅意见指导教师指导教师(签字)： 年 月 日说明： 本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在毕业论文(设计) 正式开 始的第 1 周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅

9、。西西安安邮邮电电学学院院毕毕业业设设计计 (论论文文)成成绩绩评评定定表表学生姓名性别男学号专 业班 级科技 0404 班课题名称WLAN 射频前端功率放大器设计 课题 类型科研题 目难 度一 般毕业设计 （论文）时 间年年 3 月月 24 日日6 月月 20 日日 指导教师(职称：教授)课题任务 完成情况论 文 (千字)； 设计、计算说 明书 (千字)； 图纸 (张)；其它 (含附 件)：指导教师意见分项得分：开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分； 论文撰写（规范） 分； 学习态度 分； 外文翻译 分指导教师审阅成绩： 指导教师(签字)： 年 月 日评阅教师意见分项得分

10、：选题 分； 开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分；论文撰写（规范） 分； 外文翻译 分 评阅成绩： 评阅教师(签字)： 年 月 日验 收 小 组 意 见分项得分：准备情况 分； 毕业设计（论文）质量 分； （操作）回答问题 分验收成绩： 验收教师(组长)(签字)： 年 月 日答辩小组意见分项得分：准备情况 分； 陈述情况 分； 回答问题 分； 仪表 分答辩成绩： 答辩小组组长(签字)： 年 月 日成绩计算方法(填写本系实用比例)指导教师成绩指导教师成绩 20 () 评阅成绩评阅成绩 30 () 验收成绩验收成绩 30 () 答辩成绩答辩成绩 20 ()学生实得成绩(百分制

11、)指导教师成绩指导教师成绩 评阅成绩评阅成绩 验收成绩验收成绩 答辩成绩答辩成绩 总评总评 答 辩 委 员 会 意 见毕业论文(设计)总评成绩(等级)： 系答辩委员会主任(签字)： 系(签章)2006 年 6 月 11 日备 注西安邮电学院毕业论文(设计)成绩评定表(续表)目录目录摘 要 IIAbstract .III1 引言12 WLAN 射频功率放大器工作原理分析.12.1 功率放大器结构简介1 2.2 功率放大器的作用简介2 3 WLAN 射频前端功率放大器的总体设计.23.1 基础知识2 3.1.1 双口网络参数S 参数3 3.1.2 阻抗匹配.4 3.2 设计目标7 4 偏置电路的设

12、计 .84.1 管子的极限参数8 4.2 偏置电路的选择与设计.10 5 输入输出匹配电路的设计 125.1 输出匹配电路的设计.12 5.2 输入匹配电路的设计.17 6 总体电路结果分析与优化 206.1 小信号结果分析.22 6.26.2 小信号优化结果.23 6.36.3 大信号结果分析与优化.27 7 总结 37致 谢 .38参考文献 39摘 要在无线应用中，通常需要对发射和接收信号进行一定程度的放大，射频功率放大器完成了对射频信号的放大。在射频电路设计中，主要需要考虑电路的匹配、稳定性和线性度的问题，并在以上情况下尽量达到最大功率输出。射频功率放大器一般工作在大信号的情况下，在此情

13、况下器件一般呈现出非线性特性。本文采用了线性度最好的 A 类功放，并在设计完成之后针对线性度进行了谐波平衡分析，以及增益和电源效率测试。理想情况下 A 类功放的电源最大的利用效率是 50%。本文主要讨论了应用于WLAN的射频A类功放的具体设计过程。射频功放的设计通常需要大信号S参数，但多数情况下设计者只有小信号S参数本文即利用小信号S参数设计法，并通过ADS仿真完成了大信号的设计。输出匹配电路的设计采用了最大输出功率匹配，即共轭匹配，采用负载迁移法；对于输入匹配电路，则按照最大增益匹配的原则即源阻抗与输入阻抗匹配。然后对设计电路进行稳定性分析、谐波平衡分析和电源效率分析，最终对整个电路进行优化

14、，完成整个电路的设计。关键词：A 类功放 负载迁移 谐波平衡 大信号 S 参数 AbstractIn wireless application, the transmited and received signal usually needs to be blowed up in some degree. RF power amplifier accomplishes the fuction to blow up the RF input signal. In the design of a RF circuit, the major concerns are the matching of

15、the circuit, stability and linearity;and in these complexions, the maxium output power is another purpose. RF power amplifier usually operates at large signal situation. In this sitation devices always take on non-linear performances. In this paper a class A amplifier is introduced who has the best linearity. After the