【摘 要】
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CMOS功率放大器是高集成射频收发系统的重要模块之一,起到提高发射功率的作用,在雷达探测、无线通信等领域具有广泛的应用。本文对CMOS功率放大器的带宽拓展技术、线性化技术和效率提升技术展开研究,研究内容和创新点如下:1.提出了 LC网络与双谐振网络级联的宽带匹配结构,设计并实现了一款X波段的功率放大器进行验证。测试结果表明,该功率放大器的3dB增益带宽为7.8GHz-11.5GHz,在增益带宽内回
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CMOS功率放大器是高集成射频收发系统的重要模块之一,起到提高发射功率的作用,在雷达探测、无线通信等领域具有广泛的应用。本文对CMOS功率放大器的带宽拓展技术、线性化技术和效率提升技术展开研究,研究内容和创新点如下:1.提出了 LC网络与双谐振网络级联的宽带匹配结构,设计并实现了一款X波段的功率放大器进行验证。测试结果表明,该功率放大器的3dB增益带宽为7.8GHz-11.5GHz,在增益带宽内回波损耗大于10dB。在6.15GHz和14GHz两个频率处,分别具有20dB和23.2dB的带外抑制度。此外,利用多栅晶体管技术,小信号区域三阶交调失真降低了约16dB,最大的OIP3提高到了 19.6dBm。2.针对效率因输出端电感寄生效应而降低的问题,提出了“零电感”的负载牵引设计方法,在输出端仅通过调整晶体管栅极宽度和供电支路电感值起到最优阻抗转换的作用。基于该方法的功放仿真结果显示,效率从22%提升到了 29.6%。针对线性度和效率的相互制约的问题,利用基于传输函数分析的大信号区域线性化方法,在IMD3值保持-20dBc以下时,效率依然达到约20%。利用有源反馈技术,该功放的最大1dB压缩点从约8.8dBm提高到了 13.5dBm。3.为了降低功放直流功率损耗以及提高功率转换的能力,提出结合体偏置技术和输出端谐波控制技术的高效率设计方法。基于该方法的功放仿真结果表明,最大效率提升了约9%,达到38%。此外,利用输入端的二次谐波抑制,三阶非线性交调产物降低了约10dB。再而,利用动态栅偏置技术增加大信号输入时的等效栅极偏置电压,压缩点提升了约2dB,获得了 15.4dBm的1dB压缩点输出功率。
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