高效率开关类功率放大器的研究与设计

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现代无线移动网络的基站系统在传送信号到移动终端时需消耗大量能
量，系统的效率越来越受到重视，特别是作为基站系统末端的功率放大器，
传统意义上的线性功率放大器有非常低的能量传输效率，差的功率传输效率
直接影响了整个系统的操作成本，产生热耗散，因此功率放大器的设计者一
直为功率的线性度和效率之间进行权衡。开关模式功率放大器相比于传统的
线性模式功率放大器能够提供更高的效率。
本文首先根据F类功率放大器的电路结构特点进行理论分析，F类功放
使用输出谐波抑制网络对晶体管漏端电压或者电流中的谐波成分进行控制，
归整晶体管漏端的电压波形或者电流波形，使得它们没有重叠区，减少开关
的损耗，提高功率放大器的效率F类功率放大器在基频和谐波频率点设计适
当的负载终端输出使功放在功率附加效率，输出功率和增益方面都有明显的
提高。然后给出用LC匹配电路设计输出端的三阶谐波抑制网络，利用安捷伦
仿真软件(AgilentDesign Systems)的负载牵引法测出功放管的最佳输出
和输入阻抗，接着利用smithchart做输出和输入匹配网络，最终设计一款工
作频率为3．5GHz的F类功率放大器。仿真结果输入功率28dBm时，输出功率
为37．7dBm，功率附加效率则为69．4％，谐波失真得到很好抑制，效率得到提
高。下一步，提出利用谐波抑制网络替代输出匹配的设计方法，设计了一款
省略输出匹配，利用谐波抑制网络自身起到输出匹配作用的900MHz的F类功
率放大器，在用负载牵引法确定最佳输入和输出阻抗后，以驻波比(VSWR)
等于l作为优化目标以输出端的谐波控制网络的LC参数作为优化参量对电路
进行优化，得到二阶网络和三阶网络的电感和电容值，省略了输出匹配，简
化了电路结构，同样达到了提高效率的目的，仿真结果为输出功率为34dBm
时，功率附加效率为67％，功放效率得到很好的提高。

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