用于雷達(dá)T/R模塊的多頻段可重構(gòu)功率放大器設(shè)計(jì)
發(fā)布時間：2020-12-13 13:03
T/R組件是有源相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)的核心,其主要功能是根據(jù)外部控制信號對微波信號進(jìn)行放大、移相和衰減。功率放大器是其中的關(guān)鍵部件,設(shè)計(jì)多頻段可重構(gòu)的高效率高功率的功率放大器對于減少電源消耗,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,節(jié)約系統(tǒng)成本都有十分重大的意義。首先本文在對功率放大器基本性能參數(shù)、分類、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行簡要介紹的基礎(chǔ)上,分別研究了 L/S雙頻段及L/S/C三頻段可重構(gòu)射頻功率放大器,設(shè)計(jì)了兩種功率放大器結(jié)構(gòu)。論文的主要工作如下:(1)L/S雙頻段采用共源級放大電路和E類功率放大器兩級級聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)功率放大,E類功放能實(shí)現(xiàn)較高的效率,以CMOS傳輸門作為可重構(gòu)器件,輸入輸出端均采用可重構(gòu)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩種頻段的切換。(2)L/S/C三頻段采用自偏置的共源共柵放大電路和AB類功率放大器兩級級聯(lián)的結(jié)構(gòu),第一級主要提供電路增益,第二級主要進(jìn)行功率放大。輸出端將阻抗匹配和濾波電路相結(jié)合,采用可重構(gòu)器件實(shí)現(xiàn)三個頻段可重構(gòu)的目的。實(shí)現(xiàn)了效率、線性度和輸出功率良好的折中。其次,本文基于中芯國際(SMIC)CMOS工藝完成了 L/S雙頻段和L/S/C三頻段可重構(gòu)功率放大器設(shè)計(jì)與仿真。仿真結(jié)果表明,兩種多頻段可重構(gòu)功率放大...
【文章來源】：北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：92 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖２－２?Ｈ階交調(diào)失真??Ｆｉ２－２?Ｔｈｉｒｄ－ｏｒｄｅｒ?Ｉｎｔｅｒ－ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ?Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ??
?２．２．１?Ａ類、Ｂ類、Ｃ類、ＡＢ類功率放大器??四種功率放大器的主要差別在于偏置情況的不同。它們都可Ｗ通過如圖２－４所??示的通用功率放大器模型來理解ＰＷ。??Ｖｎｎ??麵肌??＜?＞?Ｉ?Ｉ?Ｉ?ｔ?Ｔ?。？ＵＴ???ＩＭ?ＢＦＣ?Ｉ??？Ｖ／ｗ?韋二二。??１?ｙ?．．??圖２－４通用功率放大器模型??Ｆｉｇ２－４?Ｇｅｎｅｒａｌ?Ｐｏｗｅｒ?Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ?Ｍｏｄｅｌ??在圖２－４所示的通用模型中，負(fù)載電阻馬接收傳遞到輸出端的功率，大電感??ＢＦＬ把直流功率傳輸?shù)骄w管的漏極，并保證使流過晶體管的電流基本恒定不變。??晶體管漏極通過一個電容ＢＦＣ連接一個ＬＣ震蕩回路，使負(fù)載中沒有任何ＤＣ功??耗。??（１）?Ａ類功率放大器??Ａ類功率放大器是根據(jù)選擇偏置的大小使晶體管王作在飽和區(qū)，使其在一個??周期內(nèi)電路均導(dǎo)通，即導(dǎo)通角為％０’。它是一種線性放大器，能夠?qū)斎胄盘栠M(jìn)??行線性放大，不會使信號的幅值和相位產(chǎn)生明顯的失真，但其效率卻非常低，在??理想狀態(tài)下效率僅為５０％
?？??漏極電流和漏極電壓近似地如圖２－６所示。??‘‘Ｖ助??＂－－ｖ／Ｖ／Ｖ／???？??ｔ??＇廣?Ａ?Ａ?Ａ??圍２－６?Ｂ類放大器的漏極電壓和電流??Ｆｉｇ?２－６?Ｃｌａｓｓ?Ｂ?Ａｍｐｌｉ打ｅｒ?Ｄｒａｉｎ?Ｖｏｌｔａｇｅ?ａｎｄ?Ｃｕｒｒｅｎｔ??漏極電流的基波分量及輸出電壓分別為式（２－１６）??＇如ｄ?＝爭Ｊ＾ｆ（ｓｉｎｗ〇ｔ）（ｓｉｎｗ〇９ｄｔ＝＾?口－１６）??ｓｙ?灰ｉＳｉｎ?份〇ｔ?口－１７）??由于Ｖ。。，最大可能的值是Ｆ。。，由式（２－１７）可得最大值為式（２－１８）??臟（２－１８）??要計(jì)算ＤＣ輸入功率需要先計(jì)算平均漏極電流如式（２－１９）??�。梗絹Aｆ?馬在＾ｓｉｎ邱ｔｄｔ?＝當(dāng)苗?口－Ｗ??凸ｒＪｏ馬?。巧馬?、Ｊ??提供的ＤＣ功率和輸出功率分別為式（２－２０）和式（２－２１）??２＾２??＾ＤＣ＝—＾?口－２０）??巧民Ｌ??巧＝專?口－２１）??心。是負(fù)載電阻；？１兩端信號的幅值。幅值的最大值為戸＾，所切最大輸出功率為??式（２－２２）??戶�！恚幔綄W(xué)?口－２。??可得到Ｂ類放大器的最大漏極效率為式（２－２３）??這２２Ｌ?＝互?ｓＯ．７８５?（２－２３）??Ｐ〇ｃ?４??１３??
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]一種星載雷達(dá)T/R組件與波控單元連接設(shè)計(jì)[J]. 程丹,王長武. 電子機(jī)械工程. 2015(01)
[2]0.18μm CMOS高效高增益功率放大器設(shè)計(jì)[J]. 張海鵬,汪洋,李浩. 杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2012(05)
[3]可重構(gòu)天線的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 王安國,張佳杰,王鵬,侯永宏. 電波科學(xué)學(xué)報(bào). 2008(05)
[4]多功能相控陣?yán)走_(dá)實(shí)時任務(wù)調(diào)度研究[J]. 盧建斌,胡衛(wèi)東,郁文賢. 電子學(xué)報(bào). 2006(04)
[5]光控相控陣?yán)走_(dá)發(fā)展動態(tài)和實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)[J]. 何子述,金林,韓蘊(yùn)潔,嚴(yán)濟(jì)鴻. 電子學(xué)報(bào). 2005(12)
[6]無線通信系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系的研究[J]. 邱永紅,王庭昌,范建華,郭明. 解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2003(01)
[7]分布式無線通信系統(tǒng)的概念平臺[J]. 王京,姚彥,趙明,周世東,王藝,粟欣. 電子學(xué)報(bào). 2002(07)
[8]收發(fā)全數(shù)字波束形成相控陣?yán)走_(dá)關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 吳曼青,王炎,靳學(xué)明. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2001(04)
碩士論文
[1]基于0.13μm SiGe HBT工藝的射頻功率放大器設(shè)計(jì)[D]. 王統(tǒng).山東大學(xué) 2012
[2]基于0.13μm SiGe工藝的功率單元及功率放大器的設(shè)計(jì)[D]. 陶可欣.湖南大學(xué) 2012
[3]蜂窩移動通信系統(tǒng)中頻率占用建模研究[D]. 唐韻.電子科技大學(xué) 2010
[4]射頻CMOS多頻段功率放大器的研究與設(shè)計(jì)[D]. 崔艷娜.北京交通大學(xué) 2008
[5]CMOS射頻集成電路功率放大器設(shè)計(jì)[D]. 王燕.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2006
[6]L波段大功率有源相控陣?yán)走_(dá)T/R組件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 顧穎言.南京理工大學(xué) 2006
本文編號：2914581
【文章來源】：北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：92 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖２－２?Ｈ階交調(diào)失真??Ｆｉ２－２?Ｔｈｉｒｄ－ｏｒｄｅｒ?Ｉｎｔｅｒ－ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ?Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ??
?２．２．１?Ａ類、Ｂ類、Ｃ類、ＡＢ類功率放大器??四種功率放大器的主要差別在于偏置情況的不同。它們都可Ｗ通過如圖２－４所??示的通用功率放大器模型來理解ＰＷ。??Ｖｎｎ??麵肌??＜?＞?Ｉ?Ｉ?Ｉ?ｔ?Ｔ?。？ＵＴ???ＩＭ?ＢＦＣ?Ｉ??？Ｖ／ｗ?韋二二。??１?ｙ?．．??圖２－４通用功率放大器模型??Ｆｉｇ２－４?Ｇｅｎｅｒａｌ?Ｐｏｗｅｒ?Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ?Ｍｏｄｅｌ??在圖２－４所示的通用模型中，負(fù)載電阻馬接收傳遞到輸出端的功率，大電感??ＢＦＬ把直流功率傳輸?shù)骄w管的漏極，并保證使流過晶體管的電流基本恒定不變。??晶體管漏極通過一個電容ＢＦＣ連接一個ＬＣ震蕩回路，使負(fù)載中沒有任何ＤＣ功??耗。??（１）?Ａ類功率放大器??Ａ類功率放大器是根據(jù)選擇偏置的大小使晶體管王作在飽和區(qū)，使其在一個??周期內(nèi)電路均導(dǎo)通，即導(dǎo)通角為％０’。它是一種線性放大器，能夠?qū)斎胄盘栠M(jìn)??行線性放大，不會使信號的幅值和相位產(chǎn)生明顯的失真，但其效率卻非常低，在??理想狀態(tài)下效率僅為５０％
?？??漏極電流和漏極電壓近似地如圖２－６所示。??‘‘Ｖ助??＂－－ｖ／Ｖ／Ｖ／???？??ｔ??＇廣?Ａ?Ａ?Ａ??圍２－６?Ｂ類放大器的漏極電壓和電流??Ｆｉｇ?２－６?Ｃｌａｓｓ?Ｂ?Ａｍｐｌｉ打ｅｒ?Ｄｒａｉｎ?Ｖｏｌｔａｇｅ?ａｎｄ?Ｃｕｒｒｅｎｔ??漏極電流的基波分量及輸出電壓分別為式（２－１６）??＇如ｄ?＝爭Ｊ＾ｆ（ｓｉｎｗ〇ｔ）（ｓｉｎｗ〇９ｄｔ＝＾?口－１６）??ｓｙ?灰ｉＳｉｎ?份〇ｔ?口－１７）??由于Ｖ。。，最大可能的值是Ｆ。。，由式（２－１７）可得最大值為式（２－１８）??臟（２－１８）??要計(jì)算ＤＣ輸入功率需要先計(jì)算平均漏極電流如式（２－１９）??�。梗絹Aｆ?馬在＾ｓｉｎ邱ｔｄｔ?＝當(dāng)苗?口－Ｗ??凸ｒＪｏ馬?。巧馬?、Ｊ??提供的ＤＣ功率和輸出功率分別為式（２－２０）和式（２－２１）??２＾２??＾ＤＣ＝—＾?口－２０）??巧民Ｌ??巧＝專?口－２１）??心。是負(fù)載電阻；？１兩端信號的幅值。幅值的最大值為戸＾，所切最大輸出功率為??式（２－２２）??戶�！恚幔綄W(xué)?口－２。??可得到Ｂ類放大器的最大漏極效率為式（２－２３）??這２２Ｌ?＝互?ｓＯ．７８５?（２－２３）??Ｐ〇ｃ?４??１３??
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]一種星載雷達(dá)T/R組件與波控單元連接設(shè)計(jì)[J]. 程丹,王長武. 電子機(jī)械工程. 2015(01)
[2]0.18μm CMOS高效高增益功率放大器設(shè)計(jì)[J]. 張海鵬,汪洋,李浩. 杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2012(05)
[3]可重構(gòu)天線的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 王安國,張佳杰,王鵬,侯永宏. 電波科學(xué)學(xué)報(bào). 2008(05)
[4]多功能相控陣?yán)走_(dá)實(shí)時任務(wù)調(diào)度研究[J]. 盧建斌,胡衛(wèi)東,郁文賢. 電子學(xué)報(bào). 2006(04)
[5]光控相控陣?yán)走_(dá)發(fā)展動態(tài)和實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)[J]. 何子述,金林,韓蘊(yùn)潔,嚴(yán)濟(jì)鴻. 電子學(xué)報(bào). 2005(12)
[6]無線通信系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系的研究[J]. 邱永紅,王庭昌,范建華,郭明. 解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2003(01)
[7]分布式無線通信系統(tǒng)的概念平臺[J]. 王京,姚彥,趙明,周世東,王藝,粟欣. 電子學(xué)報(bào). 2002(07)
[8]收發(fā)全數(shù)字波束形成相控陣?yán)走_(dá)關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 吳曼青,王炎,靳學(xué)明. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2001(04)
碩士論文
[1]基于0.13μm SiGe HBT工藝的射頻功率放大器設(shè)計(jì)[D]. 王統(tǒng).山東大學(xué) 2012
[2]基于0.13μm SiGe工藝的功率單元及功率放大器的設(shè)計(jì)[D]. 陶可欣.湖南大學(xué) 2012
[3]蜂窩移動通信系統(tǒng)中頻率占用建模研究[D]. 唐韻.電子科技大學(xué) 2010
[4]射頻CMOS多頻段功率放大器的研究與設(shè)計(jì)[D]. 崔艷娜.北京交通大學(xué) 2008
[5]CMOS射頻集成電路功率放大器設(shè)計(jì)[D]. 王燕.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2006
[6]L波段大功率有源相控陣?yán)走_(dá)T/R組件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 顧穎言.南京理工大學(xué) 2006
本文編號：2914581
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