可重构多波段射频功率放大器设计

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:eastfoot01
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当前的通信系统面临着频谱资源紧张的问题,传统的微波系统不能满足5G通信系统的发展要求,随着物联网等技术的普及,相应的射频系统也需要高度智能化。多波段并发功率放大器是当今发展的主流和研究热点,而可重构技术是实现系统智能化的关键技术,使得前端收发模块可以重构。因此,在未来的通信系统模块中,集成可重构匹配电路和可重构开关的新型功率放大器研究意义深远且应用价值广泛。本文首先提出了一款双波段可重构功率放大器,通过结合双波段可重构输入匹配电路和并发双频匹配输出电路,实现了2.6GHz和3.5GHz上的频率可重构。其中并发双频输出匹配电路结构解决了三段式并发双波段匹配电路求解难度大难以实现的问题,提出了一种五段串联微带线匹配电路结构,通过公式推导得出了匹配结构中微带线的具体参数,根据计算所得的微带线参数在ADS中搭建了电路仿真结构,运行仿真结果验证了公式推导的正确性。实测结果表明,2.6GHz频率下,将输入功率设置为29d Bm,得到的功率放大器输出功率为41.15d Bm,1d B压缩点处输出功率为42.3d Bm,PAE达到43.42%;频率为3.5GHz时,输入功率不变此时的输出功率约为40.83d Bm,1d B压缩点处输出功率可达到41.2d Bm,PAE达到40%左右。功放具有尺寸小、电路结构简单的特点。在移动通信基站中,为了提升通信系统中功率放大器的性能,节约频谱资源,在双波段理论的基础上提出了可重构四波段功放匹配理论,降低了电路的复杂度,并采用PIN二极管作为射频开关,降低了成本,实现了功放在四种不同频段上的可重构性。最终设计了一款应用于4G和5G网络通信基站的可重构四波段功率放大器。实测结果表明,当工作在频率为1.8GHz和2.6GHz时,功率放大器的输出功率达到40.543d Bm和39.276d Bm,增益能达到8d B左右,PAE分别达到40.26%和40.16%。2.1GHz和3.5GHz的输出功率可以分别达到39.041和39.27d Bm,增益也均能达到8d B,PAE分别达到49.45%和46.48%。满足设计要求,验证了所提出的可重构四波段理论,并且具有可重构匹配网络设计自由度大的特点和高性能的优势,为以后通信基站功放模块的设计提供了一个新的设计方法。该论文有图56幅,表9个,参考文献84篇。
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