功率放大�作為射頻前端的關(guān)鍵電路,它性能的好壞直接影響著整�通信系統(tǒng)的性能�(yōu)�。雙頻功�放大�可以實現(xiàn)任意兩個頻率在同一個放大器上工�,從而提高放大器的工作效��
近年來,隨著無線通信和互�(lián)�(wǎng)技�(shù)的迅速發(fā)�,無線通信�(shè)備的要求越來越高。為滿足不同的數(shù)�(jù)�(yè)�(wù)要求,無線通信�(chǎn)品需要在不同的通信模式下工�。多模通信系統(tǒng)必須適應(yīng)不同的頻�,而采用多組單一頻率前端模塊的構(gòu)建方案不僅在能耗、體積和效率上影響很�,而且增加了生�(chǎn)成本�
功率放大器作為射頻前端的�(guān)鍵電�,它性能的好壞直接影響著整個通信系統(tǒng)的性能�(yōu)劣,因此,無線系�(tǒng)需要設(shè)計性能良好的功率放大器。關(guān)于開�(guān)類功率放大器�(shè)計技�(shù)逐漸成熟,理論研究不斷深入,但有�(guān)雙頻高效功率放大器的�(shè)計卻很少有報�。自�2001年,D.R.Smith等人證明了左手材料的存在�,左手材料迅速成為研究的熱點。但是純左手傳輸線在自然界是不存在的,現(xiàn)階段的左手傳輸線是由右手傳輸線通過一定的�(jié)�(gòu)組成�,因此把左手傳輸線和右手傳輸線相�(jié)合就�(zhuǎn)�?yōu)�?fù)合左右手傳輸�(CRLH-TL,CompositeRight/LeftHandedTransmission-Line)。復(fù)合左右手傳輸線在不同的頻段分別呈�(xiàn)異向介質(zhì)或傳�(tǒng)介質(zhì)特�,改變了常規(guī)雙頻功率放大器的�(shè)計方�,使任意兩個工作頻點實�(xiàn)在同一個功放管上工作這種方法廣泛用于各種無源器件(如雙頻耦合�、雙頻功分器和多頻天線等)的研制和�(yīng)��
開關(guān)類功率放大器通過避免漏極電壓和電流波形重疊,來提高工作效�。E類功率放大器能夠�(diào)整漏極電壓電流波形的重疊程度來降低本身消耗的功率,理論上可以達到100%的效�。E類功率放大器的電路有一個晶體管作為開關(guān),并�(lián)一個電容C,開�(guān)兩端的匹配網(wǎng)�(luò)使用微帶線�
傳統(tǒng)的功率放大器主要依靠減小�(dǎo)通角和避免電壓電流波形重�,來提高在某一頻點或頻段的工作效率,隨著關(guān)于對左手材料的深入研�,復(fù)合左右手傳輸線的出現(xiàn),理論上可以實現(xiàn)任意兩個頻率在同一個放大器上工作,從而提高放大器的工作效��
�(fù)合左右手傳輸線,與一般的傳輸線不�,它包含左手傳輸線和右手傳輸線的特性,它的單元相位響應(yīng)是非線性的。一種復(fù)合左右手傳輸線集總參�(shù)�(jié)�(gòu)由兩截右手傳輸線和一個左手傳輸單元構(gòu)成。復(fù)合左右手傳輸線的特性是輸入與輸出之間凈相移特�,在左手傳輸線頻段相位超前,在右手傳輸線頻段相位滯后,經(jīng)過一段復(fù)合左右傳輸線后,總體相位偏移為零。當(dāng)�(fù)合左右手傳輸線的串聯(lián)諧振和并�(lián)諧振相等�,這種狀�(tài)稱之為平衡狀�(tài),平衡結(jié)�(gòu)的復(fù)合左右手傳輸線可分為左手等效電路和右手等效電�,右手等效電路可以直接用傳統(tǒng)傳輸�(如微帶線)代替,左手等效電路的參數(shù)可以通過公式計算得到�
雙頻功率放大器的�(shè)計需要用�(fù)合左右手傳輸線代替相�(yīng)的微帶線組成匹配�(wǎng)�(luò),實�(xiàn)雙頻工作。具體方法如確定功放管在0.5GHz時負載阻�,兩節(jié)右手傳輸�(特征阻抗�50Ω)的電長度�37.48°�66.31°,在1.2GHz�,負載的兩節(jié)右手傳輸線的電長度為34.5°�65.93°,分別實�(xiàn)50Ω到負阻抗的變�,由普通右手傳輸線�(zhuǎn)換為�(fù)合左右手傳輸線結(jié)�(gòu),實�(xiàn)雙頻匹配�
雙頻功率放大器用ADS軟件進行仿真,功放管模型選用MW6S010N,該晶體管在工作頻率0.45�1.5GHz�(nèi)非常�(wěn)�,這一點對于射頻功率放大器是非常重要的。首先確定兩個工作頻�:0.5GHz�1.2GHz,功放管選用柵極電壓�2.8V,驅(qū)動功率為22dBm,直流供電電壓為28V,然后用負載牽引法和源牽引法分別獲得這兩個頻點的輸入阻抗和輸出阻抗�
針對不同的頻�,均使用L型阻抗變換網(wǎng)�(luò)�(shè)計匹配電路,便于用復(fù)合左右手傳輸線代替普通的右手傳輸線實�(xiàn)雙頻匹配。單頻功率放大器�(shè)計仿真由兩段微帶線分別組成輸入阻抗網(wǎng)�(luò)和輸出阻抗網(wǎng)�(luò)�
單頻功率放大器工作頻率為0.5GHz�,該功率放大器輸出功率為40.4dBm,工作效率為62.2%。工作頻率為1.2GHz�,該功率放大器輸出功率為37.5dBm,工作效率為53.5%�
雙頻功率放大器工作頻率為0.5GHz�,該功率放大器輸出功率為39.9dBm,工作效率為55.7%左右。工作頻率為1.2GHz�,該功率放大器輸出功率為37.9dBm,工作效率為51.3%左右。該功率放大器采用復(fù)合左右手傳輸線構(gòu)建的匹配�(wǎng)�(luò)實現(xiàn)了在兩個工作頻點的阻抗匹配,并在兩個相距較遠的工作頻點處均實現(xiàn)了高效的功率放大。隨著輸入信號功率的增大,放大器在兩個工作頻點的增益出現(xiàn)壓縮�(xiàn)�。當(dāng)處于飽和狀�(tài)�,放大器可保�38dBm左右的功率輸�,并且保持不低于50%工作效率�
利用負載牽引和源牽引相結(jié)合的方法求得阻抗,采用復(fù)合左右手傳輸線的傳輸特性構(gòu)建雙頻匹配電�,實�(xiàn)兩個特定頻點在同一功放管上工作的高效功率放大器。結(jié)合具體的雙頻功率放大器設(shè)計方�,給出了拓撲�(jié)�(gòu)和設(shè)計實�,實�(xiàn)了放大器工作�0.5GHz�1.2GHz時輸出功率達�38dBm,工作效率達到了50%以上,證實了�(shè)計方法的可行�。為�(fù)合左右手傳輸線用于設(shè)計更高效�、三頻或多頻電路提供了一個設(shè)��