1.8 GHz CMOS高效率E类功率放大器

电子产品的低功耗设计已成为研究的热点,低功耗、高效率功率放大器已成为降低系统功耗的关键所在.E类功率放大器是一种开关模式的功率放大器,理论上可以达到100%的漏极效率,具有广泛的应用前景.论述了用标准CMOS工艺实现高效率E类功率放大器所面临的诸多挑战以及一些相应的解决措施,并以0.18μm CMOS工艺设计了包含驱动级的两级结构的E类功率放大器.Spectre仿真结果表明,所设计的功率放大器在 25.5 dBm的输出功率时,具有52.8%的功率附加效率.     

高效率F类功率放大器设计

F类功率放大器是一种高效率的放大器,其理论效率可以达到100%,在无线通信领域中有着广泛的应用和广阔的发展前景。简要阐述了F类放大器的基本理论,并对其效率进行了分析。设计出了带有输入输出谐波控制的高效率F类功率放大器,仿真结果表明在工作频率1 GHz时,输出功率为38 dBm,功率附加效率为74%;输出功率和功率附加效率都优于同条件下的B类功率放大器。     

一种宽禁带器件的高效E类功率放大器设计

E类功率放大器是一种新型高效率放大器,属于开关模式功率放大器,其理论效率可以达到100%。可用于雷达、通信和电子对抗等领域的末级功率放大器,是系统高效率、高功率和小型化功率放大器的重要途径。通过分析其工作原理,设计了一款L波段高效E类功率放大器,输出功率大于10 W,实际漏极效率达到74.8%。     

微带线碳化硅E类功率放大器设计

SiC MESFET由于其高击穿电压和低输出电容,适合用于设计E类功率放大器.设计了一种结构简单的微带线拓扑E类负载网络,可以匹配至标准电阻,且抑制高至5阶的谐波.用ADS软件进行电路仿真,在2.14 GHz频率点下,峰值功率附加效率(PAE)为70.5%,漏极效率可达80%,功率增益约为10 dB.     

S波段高效GaN逆E类功率放大器

介绍一种高效逆E类功率放大器的设计方法,并选用GaN器件设计了工作于2.3GHz的逆E类功率放大器。当供电26V,输入功率26dBm时,放大器输出功率40.2dBm,工作效率76.1%,PAE为73.3%。提供了详尽的仿真与实测数据并对放大器性能进行分析。用数字预失真技术对逆E类功率放大器进行线性化校正并取得了良好的效果。     

高效率低谐波失真E类射频功率放大器的设计

引言 近年来，随着无线通讯的飞速发展，无线通信里的核心部分——无线收发器越来越要求更低的功耗、更高的效率以及更小的体积，而作为收发器中的最后一级，功率放大器所消耗的功率在收发器中已占到了60％～90％，严重影响了系统的性能。所以，设计一种高效低谐波失真的功率放大器对于提高收发器效率，降低电源损耗，提高系统性能都有十分重大的意义。     

S波段高效F类/逆F类GaN HEMT功率放大器设计

为了解决F类和逆F类（F-1类）功率放大器设计过程中受晶体管寄生参数影响,导致功放效率低以及输出匹配电路结构复杂的问题,提出了一种新型的输出匹配电路结构.首先,在直流偏置线中加入谐波调谐功能,避免单独设计谐波控制电路;其次,为满足F类和F-1类功放在器件本征漏极端所需的阻抗状态,匹配寄生参数呈现的封装端谐波阻抗,采用一段L型传输线结构代替传统的L-C集总元件寄生补偿方法;最后,由两段串联的传输线实现最优基波阻抗与50 Ω负载间的匹配.为验证方法的有效性,采用CGH40010氮化镓高电子迁移率晶体管（Gallium nitride high electron mobility transistor,GaN HEMT）器件,设计并加工了两款工作在2.4 GHz的F类和F-1类功放.测试结果显示:F类功放的峰值功率附加效率（power added efficiency,PAE）为75.5%,饱和输出功率为40.8 dBm;F-1类功放的峰值PAE为77.6%,饱和输出功率为40.3 dBm.该方法降低了电路复杂度和设计难度,可以较容易地补偿晶体管寄生参数,功放在高频工作时的效率得到提升,为利用GaN HEMT器件设计高效功放提供了一种可行的方案.     

宽带F 类功率放大器的设计

提出了一款4G 频段全覆盖高输出功率高效率功率放大器。设计采用的是Cree 公司提供的GaN HEMT 晶体管CGH40025F。基于F 类功率放大器的设计理论,通过对晶体管的输入输出端均采用谐波控制网络,并将渐变式阻抗匹配这种宽带匹配方法应用到输入输出端的基波匹配当中。在实现二次谐波阻抗匹配至低阻抗区,三次谐波阻抗匹配至高阻抗区的同时基波阻抗被匹配至50Ω附近,从而有效提高了功率放大器的输出功率、效率和带宽。最终的测试结果表明在1. 7 ~ 2. 7 GHz 频率范围内,漏极效率维持在62. 55% ~ 76%,输出功率在20 ~ 41W,增益在10 dB 以上。仿真与实测结果基本一致。     

一种高效率F类功率放大器芯片的设计

介绍了一种简单的具有谐波调谐功能的输出匹配网络,可实现2次谐波短路和3次谐波开路。利用该输出匹配网络,基于InGaP/GaAs HBT工艺,设计了一个工作于2 GHz的高效率F类功率放大器,并通过搭载基板实现小型化芯片的研制。芯片测试结果表明,该功率放大器的小信号增益为35 dB,1 dB压缩点为34 dBm,饱和输出功率为35.3 dBm,效率为57%,并具有较好的谐波抑制性能。     

采用寄生补偿的高效率逆F类GaN HEMT功率放大器

为了提高无线通信系统的工作效率,提出了一种基于逆F类结构的新型高效率功率放大器。结合功率晶体管的寄生参数,设计了一种添加了寄生补偿电路的输出端谐波控制网络,对2到5次谐波阻抗进行了处理。针对电路中寄生反馈元件的存在,在输入端对2次和3次谐波阻抗也分别进行了开路和短路处理。该功率放大器选用GaN工艺的HEMT器件作为功率晶体管,当工作在940MHz频率时,经测试所获得的最大漏极效率为87.4%,最大功率附加效率为78.6%,饱和输出功率为39.8dBm。     

基于平衡结构的高效率E类功率放大器设计

针对E类功率放大器输入输出回波损耗较大的缺陷,提出采用平衡结构的E类功率放大器的设计方法.仿真结果显示,在输入为28 dBm时,功率附加效率(PAE)达到最大(85.2％),集电极效率η为88.3％,输出功率为42.4 dBm;在320～360 MHz频率范围内,S11小于-19 dB,S22小于-15 dB,输入驻波系数小于1.3,输出驻波系数小于1.4;在325～355 MHz范围内,PAE达到60％以上,具有较大的高效率带宽.输出匹配网络采用二次谐波抑制技术,谐波失真得到较好的抑制,二次谐波失真达到-92.4 dBc.     

高效率E 类功放在遥测发射机中的应用

对提升PCM发射机工作效率的关键技术进行阐述。采用GaN器件设计了S频段具有谐波控制电路的逆E类功率放大器,输出功率10W,工作效率高达78%。将此高效功率放大技术用于PCM遥测发射机设计。实测结果表明,该发射机可适应码速率2Mbps的PCM信号,发射功率9.8W,整机效率可达57.6%。     

一种连续F类/逆F类模式转换功率放大器

传统的F类和逆F类功率放大器的带宽不宽,且对于功放输出信号的谐波控制比较严格。在连续类功放理论的基础上,设计了一款在工作带宽内连续F类和连续逆F类模式转换的功率放大器。设计的功放采用了Cree 公司的CGH40010F GaN HEMT 晶体管。通过调整功放管输出端的谐波控制网络,控制谐波阻抗在Smith 圆图中位置分布,从而在带宽内同时实现连续F类和连续逆F类的工作模式。制作了测试板,结果表明在2.4～4.2GHz的带宽内,增益在11dB 以上,漏极效率为55%～82%,输出功率在39.5～41.9dBm。采用了10MHz 的LTE 单载波信号进行功放的数字预失真测试,功放的输出ACPR改善了6dB以上。     

基于GaN HEMT的混合EF类功率放大器设计

基于GaN HEMT 提出了一种3.5GHz 频率的高效率混合EF 类功率放大器。采用输出端并联谐振电感来补偿晶体管的输出电容,提高了混合EF类功放的工作频段,使其能在3.5GHz 频率下达到高效率。使用简单的微带传输线构成谐波控制和匹配网络,满足混合EF类功放基波、奇次谐波和偶次谐波的阻抗特征,同时完成与50Ω负载阻抗的匹配。测试结果显示,在3.3 ～ 3.8GHz 频段内,在1dB压缩点处输出功率达到40dBm,漏极效率75%～79%,增益11.5～12.3dB。     

基于GaN HEMT 器件的宽带高效功率放大器

介绍一种宽带高效放大器设计方法,并基于GaN HEMT器件研制了宽带高效功率放大器。采用源牵引和负载牵引方法获得适应宽带条件的最佳源阻抗和负载阻抗,然后综合宽带匹配网络并实现测试电路设计。实测结果表明,该放大器在0.9～2.7GHz工作频带范围内,放大器输出功率均大于10W,工作效率在51%～72%之间,增益大于13dB。为改善放大器线性度指标,采用商用预失真芯片搭建简单的预失真电路对放大器进行线性化校正,并给出了详细的测试结果。     

采用E类峰值放大器的反向Doherty功放设计

为获得更高的功率附加效率,采用了E类峰值放大器代替传统反向Doherty功放中的C类峰值放大器.E类峰值放大器的负载网络由一个阻抗匹配电路和两个谐波抑制电路组成.通过分析,得出了功放的设计步骤,同时为了证明分析的有效性,设计了一个工作在1.96GHz,输出为38dBm的带E类峰值放大器的反向Doherty功放.仿真结果显示,在输出功率为38dBm时,与平衡AB类功放和传统反向Doherty功放相比,带E类峰值放大器的反向Doherty功放分别有11.5%和1.1%的功率附加效率的提升.当输出功率从24dBm到38dBm变化时,测得的二次和三次谐波抑制分别大于36dB和30dB.     

一种C波段E类GaN MMIC功率放大器设计

基于0.25μm GaN HEMT设计了一种工作于C波段、结构简单、宽带高效的E类功率放大器。针对单片微波集成电路(MMIC)功率放大器设计中射频扼流圈所占面积较大且难以实现的问题,采用有限元直流馈电电感替代扼流圈电感,抑制晶体管寄生参数C_ds对最高工作频率的影响,并采用低Q值混合参数匹配网络,将功率放大器电路输入输出的最佳阻抗匹配到标准阻抗50Ω。版图后仿真结果表明,在4.1～4.9 GHz工作频段内,功率附加效率为51.309%～58.050%,平均增益大于11 dB,输出功率大于41 dBm。版图尺寸为2.7 mm×1.4 mm。     

一种E类高效GaN HEMT功率放大器设计

功率附加效率是现代无线通信系统中一个重要的指标,较高的效率会大幅提高无线通信系统的运行时间,增强电池的续航能力,提高能源利用率,对移动通讯设备和移动安防设备而言,这几点尤为重要。文中以一款GaN HEMT功率放大器为基础,设计了一种简洁有效的E类功率放大器,用负载牵引技术和谐振器提高了器件的功率附加效率,在120～200 MHz近一个倍频程的工作频带内,实测功率附加效率均约达到74%,增益和输出功率分别约为13 dB和40 dBm。