微波线性功率放大器的分析

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1、微波线性功率放大器的研究5．1GaAsMESFET小信号建模和参数提取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．395．1．1线性等效电路模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．405．1．2等效电路模型参数的提取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．405．1．3目标函数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．425．1．4小信号建模的结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．425．2大信号建模⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．465．2．1非线性栅源电容C。⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．475．2．2非线性电流屯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯475．3谐波平衡法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯495．3．1谐波平衡分析法原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．495．3．2谐波平衡方程的求解方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．535．3．3GaAsMESFET谐波平衡方程建立及求解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯545．3．4谐波平衡仿真结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯57第六章功率放大器的设计⋯⋯⋯⋯⋯

3、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯596．1放大器设计技术指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯596．2总体设计方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯596．3低噪声放大器的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯606．4程控放大器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯606．4．1程控放大器的设计方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．606．4．2增益控制设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．616．5预失真器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯626．6驱动放大器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯626．7末级放大器的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯636．7．1FET功率放大器工作状态分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．636．7．2直流偏置网络及电源保护电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．646．7．3匹配网络设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．666．7．4末级功率放大器仿真⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．686．8总体电路仿真⋯⋯⋯⋯⋯

5、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯69结术语⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯71致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．73参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．75附录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯79第一章绪论1．1引言整个通信市场对功率放大器的需求量巨大，质量要求也极高。尤其是第三代移动通信多信道、高速和宽频特性对功率放大

6、器的线性度提出了巨大挑战。而功率放大器消耗了通信系统近80％的电功率。功率放大器效率和线性度的提高将极大地节约通信系统的成本。微波半导体功率放大器是通信系统中非线性最强的器件之一，其非线性失真对通信系统将产生诸多不良影响，使输出信号星座图的实部和虚部发生偏移，导致频谱扩展而干扰邻道信号并恶化误码率。此外，失真还使系统的数据率下降、系统的容量降低、系统信道频率间距变大和系统的频谱利用率下降。在通信系统中，为提高系统的输出功率和效率，则使功率放大器基本上都工作在非线性区域。因此，功率放大器的分析和设计，

7、及功率放大器的线性化就成为通信系统设计的关键。1．2课题的来源及研究的意义本课题来源于“微波半导体器件非线性电路建模及微波功率放大器线性化技术的研究”的科研项目。微波有源电路的设计和研制一直是微波技术研究领域中的主要工作，人们己在设计和研制各种微波有源电路的过程中积累了丰富的经验，并提出了许多成功的方法。但是大部分研究工作和分析方法采用的都是线性电路理论，而实际上有源器件都存在非线性，传统的线性电路理论难以满足分析和设计非线性电路的要求，同时线性近似的方法也给设计非线性电路带来了不确定性。设计微波功

8、率放大器目的就是为了得到最大输出功率、增益及效率等，功率放大器为了得到这些技术指标，其基本工作于非线性状态。因此，不能用小信号去分析和设计功率放大器。为此本文从传统的器件建模和非线性电路分析方法入手，利用谐波平衡法分析微波功率放大器，得到其在大信号下输入输出阻抗，从而设计功率放大器的输入输出匹配电路。微波功率放大器通常被用来将传输信号功率放大到发射所需的功率电平，保证一定范围的信号覆盖，一般在通信发射系统的末级，是通信系统中非线性最强的器件之一，严重影响着通信信号的质