集成天线的射频功率放大器的研究

【作者】 英正庆；

【导师】 黄达诠；

【作者基本信息】 浙江大学 ， 物理电子， 2003， 硕士

【摘要】 随着个人通信技术的向更高频率、更宽带宽而用户发展的要求不断的提高，射频前端的设计越来说困难，近几年一个SOP（system on package）的设计思想得到射频设计界的大量关注。SOP也就是说将无源元件和微波集成电路用现有的多层封装和连接技术组装在一个射频模块中。 本研究就是基于SOP的设计思想，将天线与功率放大器在设计上基于一体考虑。在功放形式上首次采用了E类功放。E类功放类型是一个效率极高的开关类型的功放。传统的A、B类功放的功率附加效率PAE分别为14.3％、30％，AB类PAE为40％、一种AB+C类功放形式PAE为45％。E类功放的PAE相对A类、B类、AB类的功率放大器类型而言比较高，在50％—70％。分析了E类功放的工作过程后，以NE900175的GaAs场效应管作为E类功放电路的开关，进行了外围电路的设计，包括直流偏置电路、输入匹配网络的设计，功放的稳定性、带宽、增益的分析。该功放增益最大达到11.4dB,带宽为320MHz。 论文另一部分内容将E类功放与微带天线集于一体。针对功放对负载的要求进行了天线的设计，这样天线的功能不只是传统的能量的辐射作用，同时也负有滤波，负载匹配等其它功能。在天线的设计中，采用矩形微带，它的带宽较窄，可以过滤掉不需要的谐波，从而省略了功放和天线之间的滤波器，且易于前面的功放组合。设计的微带天线增益为5.47dB、方向性系数5.5、效率为97％、带宽为100MHz。天线和功放集成后，整个系统的带宽主要决定于天线的带宽。 最后，对天线和功放集成系统进行了仿真，在场效应管直流偏置电压V_ds=2.5V、输入频率为2.4GHz的方波时，功放的PAE=53.57％。更多还原

【Abstract】 Wireless communications are evolving toward using higher frequencies, wider bandwidth and more functionality to satisfy growing demands of users worldwide .In recent years a concept of System-on-Package (SOP) is getting more attention in the RF area and is being applied to RF functional blocks and the front-end modules to achieve lower cost, improved performance, and increased design flexibility.Design a power amplifier integrated antenna is based on the SOP concept, In this design I choose the class E power amplifier and rectangle microstrip antenna as the load amplifier. Through the design the DC feed network , input matching network for the NE900175 GaAs FET and analysis the stabilization , power gain, bandwidth of the power amplifier we get the power amplifier is stability , the power gain is 11.967dB and the bandwidth is 300MHz.Microstrip antenna has a narrow bandwidth, in this design antenna’s bandwidth is 100MHz.Antenna is the not only the load of the power amplifier, but also as the filter connecting to the output of the power amplifier. So the power amplifier’s output elides the design of a narrow bandwidth filter. Connecting the antenna and the power amplifier together ,the power amplifier’s PAE is 53.57%.更多还原