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【6h】

基于SIR结构谐波控制电路的F类功率放大器设计

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摘要

1 绪论

1.1 本课题的研究背景及应用前景

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文的主要工作

2 功率放大器的基本理论分析

2.1 引言

2.2 功率放大器的技术指标

2.2.1 功率增益

2.2.2 效率

2.2.3 失真

2.3 功率放大器的分类

2.3.1 线性功率放大器

2.3.2 非线性功率放大器

2.4 本章小结

3 不同形式的F类功率放大器谐波控制电路设计的比较与分析

3.1 F类功率放大器简介

3.2 F类功率放大器漏极输出电压与电流波形分析

3.3 传统谐波控制电路

3.3.1 基于集总元件设计的谐波控制电路

3.3.2 微带结构设计的谐波控制电路

3.4 SIR结构设计的谐波控制电路

3.4.1 SIR结构简介

3.4.2 SIR结构谐波控制电路的原理图

3.4.3 SIR结构谐波控制电路

3.5 本章小结

4 基于SIR结构输出端谐波控制的F类功率放大器的设计

4.1 引言

4.2 晶体管的选择

4.2.1 晶体管的直流特性分析

4.2.2 偏置电路的设计

4.3 阻抗牵引技术及匹配电路的设计

4.3.1 负载牵引与源牵引

4.3.2 匹配网络的设计

4.4 整体电路图设计与仿真

4.5 本章小结

5 输入输出谐波控制的F类功率放大器的设计分析

5.1 引言

5.2 输入谐波控制的原理

5.3 基于SIR结构输入输出谐波控制的F类功率放大器设计

5.3.1 整体电路图的设计与分析

5.3.2 版图设计与分析

5.4 三种设计形式的F类功率放大器的比较

5.5 F类功率放大器实物的测试与结果分析

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 本论文的工作总结

6.2 存在的问题与解决方案

致谢

参考文献

附录

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摘要

如何有效地提高功率放大器的效率一直都是研究者们关心的问题。这是由于功率放大器是整个通信系统中功耗最大的模块,如果能够提高它的效率,减少能量损耗,那么对整个系统的通信质量都会有很大的提高。基于这一目的,研究者们提出了F类功率放大器,其理想效率能够达到100%。其体积小,易于实现,效率提升明显,因此成为当今高效率功率放大器的研究热点。
  本文首先介绍射频功率放大器的相关理论,从原理上对各类功率放大器进行比较分析,并着重介绍F类功率放大器的基本原理。之后,基于飞思卡尔的一款1dB压缩点输出功率为4W的晶体管进行设计,分别通过用传统形式进行谐波控制、用新型SIR结构对输出端谐波进行控制,以及对输入输出级的谐波采用该新型SIR结构进行控制,通过对三种不同谐波控制电路的F类功率放大器进行设计分析比较,证明了所设计的SIR结构在谐波控制中的优越性,并讨论了输出级谐波控制的重要性。最后设计出的基于SIR结构的F类功率放大器,工作频率为1GHz,在输入为20dBm时,输出为37.470dBm,漏极效率为81.125%。为验证设计思路,加工并测试了在输入输出级都采用新型SIR结构进行谐波控制以及采用传统输出谐波控制结构的F类功率放大器。测试结构证明了SIR结构谐波控制电路的优越性以及在输入端对谐波进行控制在F类功率放大器设计中的重要性。

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