RFIC功率放大器设计与实现

论文摘要

射频功率放大器是无线通信设备中的关键部件之一,它用途广泛、性能要求高且制造难度大。因此,本论文结合目前无线通信设备市场的需要,对两种不同频段,不同工作模式的射频功率放大器进行了研究,并利用2um GaAs HBT工艺对5GHz WLAN功率放大器单片,高效率F类对讲机功率放大器模块进行了设计和研制,取得的主要创新成果如下:1.成功研制出工作频段为5.15～5.25GHz的WLAN功率放大器单片,采用AB类线性功率放大器工作模式。测试结果基本满足设计指标,增益达27dB以上,1dB压缩点输出功率20.5dBm,增益平坦度小于0.5dB,效率35%。2.成功研制出工作频段为405～415MHz的对讲机功率放大器模块,采用F类开关功率放大器工作模式。测试结果完全满足设计指标,增益达22dB以上,饱和输出功率1W,效率66%,各阶谐波均小于-70dBc。3.利用在国外流片的工艺来实现功放MMIC的研制,创新性主要是电路和版图的设计。在偏置电路的设计中,采用了电阻补偿的方法,对温度和偏置电压的变化对射频功率晶体管工作状态的影响进行了补偿。版图的设计不仅减小了寄生干扰而且缩小的版图的面积,使射频功率放大器性满足设计指标的情况下成本最小化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 无线通信系统及其研究现状
• 1.2 无线通信系统对功率放大器的要求
• 1.3 射频功率放大器的研究现状
• 1.4 本课题的研究目的及意义
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 2 射频功率放大器理论基础
• 2.1 双端口网络
• 2.1.1 双端口网络S参量
• 2.1.2 阻抗匹配
• 2.1.3 共轭匹配与功率匹配
• 2.2 功率放大器主要特性指标
• 2.2.1 输出功率
• 2.2.2 效率
• 2.2.3 功率利用因子
• 2.2.4 功率增益
• 2.2.5 谐波失真
• 2.2.6 三阶交调
• 2.2.7 三阶交调交截点
• 2.2.8 ACPR
• 2.2.9 输入、输出驻波比
• 2.2.10 增益平坦度
• 2.3 射频功率放大器设计方法
• 2.3.1 恒增益圆
• 2.3.2 恒噪声系数圆
• 2.3.3 恒驻波系数圆
• 2.3.4 稳定性圆
• 2.4 功率放大器的分类
• 2.4.1 A类放大器
• 2.4.2 B类和AB类放大器
• 2.4.3 F类放大器
• 2.5 小结
• 3 器件模型与版图工艺
• 3.1 器件模型
• 3.1.1 模型介绍
• 3.1.2 模型参数提取方法
• 3.2 版图工艺
• 3.2.1 关键参数
• 3.2.2 主要元件模型及设计规则
• 3.3 小结
• 4 5GHz WLAN功率放大器单片的研制
• 4.1 设计指标
• 4.2 电路设计
• 4.2.1 输出级设计
• 4.2.2 驱动级设计
• 4.2.3 前置级设计
• 4.2.4 偏置电路的设计
• 4.2.5 稳定性设计
• 4.3 电路仿真结果
• 4.4 偏置电路优化
• 4.5 版图的设计
• 4.6 PCB的设计
• 4.7 实验结果与讨论
• 4.8 小结
• 5 高效率F类对讲机功率放大器模块的研制
• 5.1 设计指标
• 5.2 电路设计
• 5.2.1 输出阻抗匹配网络设计
• 5.2.2 其他部分电路设计
• 5.3 电路仿真结果
• 5.4 谐波优化
• 5.5 PCB设计与模块封装
• 5.6 实验结果与讨论
• 5.7 小结
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间己发表的学术论文及科研成果