491 浏览应用于新一代移动通信的射频功率放大器的研究与设计
摘要：为了提高基站的覆盖范围和通信质量,不仅需要大量部署不同层次的基站,而且5G新标准也对射频功率放大器的线性和效率提出新挑战。5G宽频带性能直接导致射频功率放大器线性恶化,功放各种线性化技术是研究的关键。高载波频率会导致更大的空间损耗,且基站分布密度大。在保持功放线性前提下,尽量降低能耗,维持5G的可持续发展,射频功放的效率提升是今后热点研究方向。本文首先介绍射频功率放大器的基础理论,包括散射参量、稳定性、匹配原理以及功放分类等,然后分析了功放的非线性失真,并介绍了几种线性化技术。之后介绍本设计所采用工艺的器件理论,包括工作原理和特性、有源器件模型和无源器件模型等。之后本文利用射频功率放大器的设计理论结合HBT管的仿真特性,确定了电路架构,利用晶体管热电效应和大功率输入下的跨导变化设计了一种带温度补偿的自适应线性化偏置电路。接着利用电路级仿真软件确定了各级匹配电路,利用负载线匹配和等Q值理论确定输出匹配网络,并通过在输出级晶体管集电极采用并联到地的串联谐振网络,有效抑制偏置在AB类产生的二次谐波失真。输出匹配电路还采用了贴片SMD元件便于后续调试。在一二级电路采用并联RC负反馈支路保证整体电路的稳定并有利于输入匹配电路设计。最后通过电磁仿真多次优化,验证其稳定性、直流特性以及射频性能。最终研制了一款工作在新一代移动通信N79频段（4800 MHz-5000 MHz）的射频功率放大器。其增益为31 d B,饱和输出功率达到33 d Bm,在输出24.5 d Bm时,其邻信道抑制比达到-45.9 d Bc,二次谐波抑制比为-59.8 d Bc,功率附加效率为13%,测试结果表明本设计功放性能良好,符合预期指标。此外,为了满足5G高功率应用场合,仿真设计了一款功率合成电路,仿真结果表明其饱和输出功率达36.5 d Bm。
关键词：5G;射频功率放大器;
文章目录
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外相关研究现状
1.3 论文内容及组织架构
第二章 射频功率放大器基本原理
2.1 无线通信中的射频收发系统介绍
2.1.1 射频收发机简介
2.1.2 功放在射频收发系统中的作用
2.2 功率放大器的基本理论与参数
2.2.1 散射参量及稳定性
2.2.2 负载线匹配
2.2.3 性能参数
2.2.4 线性度
2.3 传统功率放大器的分类
2.4 射频功放的非线性分析
2.5 射频功放的线性化技术
2.5.1 功率回退技术
2.5.2 预失真技术
2.5.3 包络消除与恢复技术
2.5.4 自适应偏置技术
2.6 功率合成电路研究
2.7 本章小结
第三章 砷化镓MMIC器件工艺研究
3.1 常用的射频集成器件工艺
3.2 砷化镓HBT器件研究
3.2.1 基本原理
3.2.2 器件特性
3.3 砷化镓MMIC器件模型
3.3.1 有源器件模型
3.3.2 无源器件模型
3.4 本章小结
第四章 射频功率放大器的设计与仿真
4.1 设计指标及步骤
4.1.1 设计指标
4.1.2 设计步骤
4.2 工艺选择与电路架构确定
4.2.1 工艺选择
4.2.2 电路架构
4.3 具体电路设计与仿真
4.3.1 直流特性与管芯面积
4.3.2 偏置电路分析与设计
4.3.3 负载阻抗估算
4.3.4 输出匹配电路分析与设计
4.3.5 级间匹配与输入匹配电路设计
4.3.6 稳定电路措施
4.3.7 电路整体框架图
4.4 整体电路仿真结果
4.5 功率合成设计
4.6 本章小结
第五章 射频功率放大器的测试与分析
5.1 测试平台搭建
5.2 测试结果
5.2.1 稳定性测试
5.2.2 小信号S参数测试
5.2.3 大信号测试
5.3 本章小结
总结与展望
[1]探究5G移动通信技术下传输未来发展趋势[J]. 石林. 中国新通信. 2020(05)
[2]5G移动通信:面向全连接的世界[J]. 刘光毅,方敏,关皓,李云岗,孙程君. 电信科学. 2019(12)
[3]无线通信技术的发展历程与趋势[J]. 吴淘锁,邬海峰. 信息技术与信息化. 2015(10)
[4]IMT-2020（5G）推进组发布5G技术白皮书[J]. 本刊讯. 中国无线电. 2015(05)
[5]5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J]. 尤肖虎,潘志文,高西奇,曹淑敏,邬贺铨. 中国科学:信息科学. 2014(05)
