射频高效开关E类功率放大器研究

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1、摘要摘要E类功率放大器是一种可工作于射频微波频段的高效率开关类功率放大器。本论文主要研究E类功率放大器理论和相关设计方法。论文主要贡献如下：第一，分析了经典E类功率放大器的设计方法，并分别采用GaAs和GaN器件实现了工作于2．14GHz的微带线E类功率放大器的设计。采用GaAs器件设计的E类功率放大器在漏极供电10．2V时，工作效率为66．93％，输出功率37dBm，具有10dB增益。采用GaN器件设计的逆E类功率放大器在漏极供电23V时，工作效率为70．2％，输出功率40，45dBm，具有1ldB增益。第二，

2、深入研究了有限隔直电容逆E类功率放大器理论及其设计方法。分析表明这种设计方法不仅确保放大器可获得100％的理论工作效率，而且使其性能获得一些提升，例如具有更低的漏极峰值电压、更大的功率输出能力等。为验证设计方法的可行性，本文制作了工作于155MHz，输出功率40．07dBm，工作效率83．87％，PAE82．57％的实际放大器电路。最后，论文对一种改进结构的逆E类功率放大器进行了详细的理论分析。这种逆E类功率放大器的负载网络串入了一个谐振频率可调的并联谐振回路，具有F类功率放大器谐波控制的特点。论文研究了此类功率

3、放大器的工作原理及性能，推导出其负载网络各个器件的设计取值方程，依据这些设计方程可使功率放大器获得最佳工作状态。论文给出了一个设计实例，制作了工作于155MHz，输出功率40．02dBm，工作效率78．42％，PAE78．18％，增益25．02dB的放大器电路。电路实测结果与仿真设计结果基本一致，验证了此类功率放大器设计方法的可行性。关键词：E类功率放大器，高效率，微带线，有限隔直电容，谐波控制ABSTRACTTheClassEpoweramplifieriswell··knownswitching··modep

4、oweramplifiertopologythathasdemonstratedhi曲efficiencyatmicrowavefi-equencies．Inthisthesis，theprinciplesanddesignmethodologyoftheClassEamplifierhavebeenanalyzedindetail．Themaincontentsofthedissertationarelistedasfollows：First，thedesignprocedureofclassicClassEp

5、oweramplifiersisproposed，andtwopracticaltransmission—lineamplifiersusingGaAsandGaNtransistorarebuilt．Bothamplifiersoperateat2．14GHz．TheGaAsClassEamplifierachievesdrainefficiencyof66．93％，exhibits10dBpowergain，37dBmoutputpowerwhenoperatedfroma10．2Vsupplyvoltage

6、．TheGaNinverseClassEamplifierobtainsdrainefficiencyof70．2％．exhibits1ldBpowergain，40．45dBmoutputpowerwhenthesupplyvoltageis23V．Secondly，comprehensivetheoreticalanalysisanddesignmethodologyofinverseClassEamplifierswithfiniteDCblockingcapacitanceispresented．Thep

7、roposedamplifiernotonlyoffers100％efficiencyintheory，butalsobringsinsomeimprovements，suchaslowerpeakswitchingvoltageandhigherpoweroutputcapability．Theamplifierobtaininganoutputpower40．07dBmat155MHzwithdrainefficiencyof83．87％andpower-addedefficiencyof82．57％isal

8、sopresented．ThefinalcontributionofthisworkistheanalysisofoperationaboutamodifiedinverseclassEpoweramplifier．Theproposedamplifier，whichhasaseriestunableparallelresonanttank．issimilartoahyb