GaAsHBT單片微波寬帶功率放大器的研究與設計.pdf

1、寬帶功率放大器作為多標準射頻通信前端系統(tǒng)的關鍵部件，是下一代無線通信技術研究的熱點之一。寬帶功率放大器的諧波頻率由于落在鄰近工作信道內而很難進行濾除，因此寬工作頻帶內的高線性度要求是寬帶功率放大器設計的一個難點。同時，由于自偏置效應導致功率放大器的輸入輸出阻抗隨著輸入功率的大小而變化，因此在不同的輸入功率下均保持寬帶低反射系數是寬帶功率放大器設計的另一難點。本論文面向1.8-4.0GHz內無線通信應用特點和指標要求，分別從器件結構與解析

2、模型、線性化技術、寬帶匹配技術以及電路實現(xiàn)等方面對1.8-4.0GHz寬帶功率放大器展開研究，主要的工作及創(chuàng)新如下:
　　(1)基于功率放大器器件級的非線性特性分析和Gummel-Poon直流靜態(tài)解析模型，建立了一種基于傅里葉分析的Gummel-Poon交流大信號解析模型，采用發(fā)射結為40μm2的InGaP/GaAs HBT進行測試和計算，結果表明在器件飽和之前該大信號模型計算得到的大信號參數與測試結果的誤差不超過3％，基于該模型

3、分析了InGaP/GaAs HBT的跨導、基極-發(fā)射極電容以及基極-集電極電容在不同偏置狀態(tài)下隨輸入功率改變的非線性特性。
　　(2)基于功率放大器電路級的非線性特性分析和預失真線性化原理，構建了一種基于飽和偏置的寬帶預失真線性化電路，采用該電路設計了一個DC-4GHz寬帶驅動功率放大器。測試結果表明:該放大器的1dB壓縮點輸出功率(P1dB)達到了23dBm，平均三階交調點輸出功率(OIP3)達到了35dBm，同時P1dB和OI

4、P3在DC-4GHz范圍內的變化不超過4dB，其波動范圍比傳統(tǒng)寬帶驅動功率放大器要小66％，實現(xiàn)了在寬帶范圍內對功率放大器非線性的預失真補償。
　　(3)基于功率放大器阻抗的大信號變化特性和行波傳輸匹配原理，提出了一種階梯型行波傳輸寬帶匹配網絡，采用該網絡設計了一個DC-12GHz寬帶可變增益放大器。測試結果表明:在DC-12GHz范圍內，該放大器S21的可調整范圍是-15dB到15dB，S11和S22在整個頻帶內都分別在-15d

5、B和-10dB以下，且隨偏置電流改變的波動很小，實現(xiàn)了放大器在寬帶范圍內高穩(wěn)定的低反射特性。
　　(4)綜合以上分析設計方法，基于2μm InGaP/GaAs HBT工藝，設計并實現(xiàn)了一款1.8-4.0GHz寬帶功率放大器。該放大器芯片面積為1.5mm2，在1.8-4.0GHz頻率范圍內，該放大器功率增益為30.5dB;在-30～0dBm的輸入功率下，輸入/輸出反射系數分別在-15dB和-10dB以下;在1.9GHz，對于5MHz

6、信道間隔的WCDMA調制信號，其ACPR低于-43dBc@27dBm;在2.4GHz，對于20MHz64QAM的WLAN調制信號，其EVM要低于-27dB@24dBm;在3.6GHz，對于64-QAM-1/2的WiMAX調制信號，其EVM低于-26dB@20dBm。
　　論文基于以上工作，實現(xiàn)了功率放大器在1.8-4.0GHz范圍內的高線性度和不同功率下的寬帶低反射系數，滿足寬帶多標準射頻前端系統(tǒng)工作的指標要求，可同時應用于WCD