高性能小型化射頻功率放大器研究.pdf

1、功率放大器是現(xiàn)代無線通信、電子對抗、雷達等電子系統(tǒng)發(fā)射前端的關(guān)鍵組件之一，在發(fā)射系統(tǒng)中起著十分重要的作用。射頻功放作為通信系統(tǒng)中最主要的耗能模塊，其效率如何不僅影響到整個通信系統(tǒng)的能耗及穩(wěn)定性，且對通信系統(tǒng)中供電電池的壽命以及整機散熱等性能也有較大影響。國內(nèi)外常見的高效率功率放大器主要有非線性功率放大器、包絡(luò)跟蹤功率放大器以及多級Doherty功率放大器等，但是這些電路較復(fù)雜，器件成本較高。當(dāng)前，如何利用較簡單的電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高效率功放越

2、來越受到研究人員的關(guān)注。
　　通常功率放大器具有較強的非線性，而高效率功放尤其嚴(yán)重。針對高效率功放的非線性問題，通常采用線性化技術(shù)。射頻預(yù)失真和前饋是提高線性度常用的方法，但這些方法需要外加控制電路和信號處理器件，這將導(dǎo)致電路復(fù)雜和成本的提高。如何在保證高效率前提下，較大幅度地提高功率放大器的線性度是較難解決的問題。
　　目前，射頻功放模塊已朝著小型化和集成化方向發(fā)展，但這將影響到系統(tǒng)的性能和成本，使其在實際運用中受到很大的

3、限制。本文在保證高性能的基礎(chǔ)上，圍繞實現(xiàn)功放模塊的小型化開展研究，使該結(jié)構(gòu)功放在射頻領(lǐng)域中具有更加廣泛的應(yīng)用價值。
　　本文主要針對射頻功率放大器的一些關(guān)鍵技術(shù)問題進行研究，取得了一些有益的結(jié)論和成果，主要研究工作和創(chuàng)新點如下：
　　1.在提高Doherty功率放大器效率的研究方面，本文從Doherty功放內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā)，利用復(fù)合左右手材料(Composite Right/Left-Handed Transmission Li

4、nes, CRLH-TL)的特殊傳輸特性，提出了 CRLH-TL非等分 Doherty功放方案。該方案能夠靈活地調(diào)整主功放和輔功放之間的相位差以及功率分配比，使得整個Doherty功率放大器的效率得到較大地提高，且減小了電路體積，降低了成本。
　　2.在提高 Doherty功率放大器線性度研究方面，本文克服了傳統(tǒng)功放需外加電路使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點，提出了電容加載對偶線作為Doherty功率放大器的λg/4阻抗轉(zhuǎn)換線結(jié)構(gòu)，從而抑制了主

5、功放的二次和更高次諧波，同時還可調(diào)整其輸出相位，較大幅度地提高了線性度，減小了電路的體積。
　　3.為了提高 Doherty功率放大器線性度，本文提出了采用變?nèi)荻O管加載復(fù)合左右手材料替代傳統(tǒng)功放的offset線方案。通過使用該方案，可靈活調(diào)整相位，從而較大幅度地降低了輔助功率放大器在高功率輸入條件下的相位失真，進而提高了整個Doherty放大器的線性度。
　　4.為了提高功率放大器檢測通路功率檢測的準(zhǔn)確性和進一步減小整個功

6、放模塊的體積，本文利用將負折射率(Negative Refractive Index, NRI)傳輸線與傳統(tǒng)微帶線(Microstrip, MS)相結(jié)合的雙層左右手材料的特殊結(jié)構(gòu)，成功地研制了高方向性定向耦合器。該結(jié)構(gòu)的耦合器在方向性和帶寬等性能上均優(yōu)于傳統(tǒng)耦合器，且體積僅為傳統(tǒng)耦合器的60％。
　　5.利用階梯阻抗諧振器(Step-Impedance Resonator, SIR)結(jié)構(gòu)的雙頻特性，提出了具有雙頻特性的功分器結(jié)構(gòu)，