(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910391971.6 (22)申请日 2019.05.13 (71)申请人 大唐终端技术有限公司 地址 300203 天津市滨海新区空港经济区 西三道158号金融中心4号楼1单元 602-3 (72)发明人 刘渊 李晓辉 李松辉 刘兆军 (74)专利代理机构 北京中企鸿阳知识产权代理 事务所(普通合伙) 11487 代理人 徐晶石 (51)Int.Cl. H03F 1/30(2006.01) H03F 1/52(2006.01) H03F 3/21(2006.01) H03F 3/24(2006.01) (54)发明名称 一种氮化镓功率放大器时序保护供电装置 (57)摘要 本发明提出了一种氮化镓功率放大器时序 保护供电装置，包括：处理器的输出端与栅压供 电模块的输入端连接，栅压供电模块的输出端与 氮化镓功放模块的栅极连接，栅压供电模块的输 出端通过第一组分压电阻后与第一比较器的差 分反向输入端连接，栅压供电模块的输出端通过 第二组分压电阻与第二比较器的差分同向输入 端连接，处理器通过与栅压供电模块相连的信号 接口，输出用于预设栅压值对应的数字编码信 号；处理器通过与漏压供电模块相连的信号接 口，使能漏压供电模块向氮化镓功放模块的漏极 供电，使功放处于工作状态。本发明可以实现功 率放大器供电时序保护，可靠并反应迅速，实施 监控功放工作温度和工作电流。权利要求书2页 说明书5页 附图1页CN 110098809 A 2019.08.06 C N 110098809 A
南昌大学实验报告 学生姓名：付文平学号： 6102215151 专业班级：通信154班实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期： 2017.10.31 实验成绩：实验名称：非线性丙类功率放大器实验报告 一、实验目的 1、了解丙类功率放大器的基本工作原理，掌握丙类功率放大器的调谐特性以及负载变化时的动态特性。 2、了解激励信号变化对功率放大器工作状态的影响。 3、比较甲类功率放大器与丙类功率放大器的功率、效率与特点。 二、实验内容 1、观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点。 2、测试丙类功放的调谐特性。 3、测试丙类功放的负载特性。 4、观察激励信号变化、负载变化对工作状态的影响。 三、实验仪器 1、信号源模块 1块 2、频率计模块 1块 3、8 号板 1块 4、双踪示波器 1台 四、实验原理 非线性丙类功率放大器的电流导通角θ＜90〇效率可达到80%，通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。特点：非线性丙类功率放大
器通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1％或更小)，基极偏置为负值，电流导通角θ＜90〇，为了不失真地放大信号，它的负载必须是LC谐振回路。 丙类功率放大器 丙类功率放大器的基极偏置电压V BE 是利用发射极电流的直流分量I EO （≈I CO ） 在射极电阻上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号为正弦波时，集电极的输出电流i C 为余弦脉冲波。利用谐振回路LC的选频作用 可输出基波谐振电压v c1,电流i c1 。下图画出了丙类功率放大器的基极与集电极间 的电流、电压波形关系。分析可得下列基本关系式： 式中，V c1m 为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅；I c1m 为集电极基波电流振 幅；R 为集电极回路的谐振阻抗 2 1 2 1 1 12 1 2 1 2 1 R V R I I V P m c m c m c m c C = = = 式中，P C 为集电极输出功率. 式中，P D 为电源V CC 供给的直流功率；I CO 为集电极电流脉冲i C 的直流分量。放大器的效率 1 1 R I V m c m c = CO m c CC m c I I V V 1 1 2 1 ? ? = η
第４１卷第５期２０１８年１０月 电子器件 ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ Ｖｏｌ.４１ Ｎｏ.５Ｏｃｔ.２０１８ 收稿日期:２０１７－０９－１３ 修改日期:２０１７－１１－１１ ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅＫｕ-ＢａｎｄＧａＮＭＭＩＣＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ ＳＵＮＪｉａｑｉｎｇ,ＺＨＥＮＧＷｅｉｂｉｎ,ＱＩＡＮＦｅｎｇ? (ＮａｎｊｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｖｉｃｅｓＩｎｓｔｉｔｕｔｅ,Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６,Ｃｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈａｔｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｓｏｕｒｃｅｉｍｐｅｄａｎｃｅｉｓｃｒｉｔｉｃａｌｔｏｄｅｖｉｃｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｃａｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙａｆｆｅｃｔｄｅｖｉｃｅｏｕｔｐｕｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｐｒｏｖｅｄｂｙｔｅｓｔｉｎｇ,ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｈａｒｍｏｎｉｃｓｉｎｔｈｅｍａｔｃｈｉｎｇｏｆｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｗａｖｅｓｃａｎｎｏｔｂｅｉｇｎｏｒｅｄ.ＡＫｕ-ｂａｎｄ１２ＧＨｚ~１７ＧＨｚｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒＭＭＩＣｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｕｔｉｌｉｚｉｎｇ０.２５μｍｇａｌｌｉｕｍｎｉｔｒｉｄｅＨＥＭＴｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｄｄｉｎｇｓｅｃｏｎｄｈａｒｍｏｎｉｃｔｕｎｅｄ.Ｉｎｔｈｅｌａｔｅｒｓｔａｇｅ,ｓｏｍｅｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｃｈｉｐａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｔｅｓｔｏｆｔｈｅｓｈｅｌｌａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｌａｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ.ＴｈｅＭＭＩＣｈａｓｂｅｅｎｄｅｓｉｇｎｅｄｕｓｉｎｇａｔｗｏ-ｓｔａｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ.Ｐｏｗｅｒｍａｔｃｈｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｉｎｔｈｅｏｕｔｐｕｔｓｔａｇｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｏｗｅｒａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.Ａｎｄｓｅｃｏｎｄｈａｒｍｏｎｉｃｔｕｎｅｄｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｓｔａｇｅｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.Ｌｏｓｓｍａｔｃｈｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｉｎｂｏｔｈｉｎｐｕｔａｎｄｍｉｄｄｌｅｓｔａｇｅｆｏｒｓｔａｂｉｌｉｔｙ.Ａｔ１２ＧＨｚ~１７ＧＨｚ,ｔｈｅＭＭＩＣｓｈｏｗｓａｎｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｏｆ３５ｄＢｍ,ｐｏｗｅｒｇａｉｎ１４ｄＢ~１５ｄＢａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒａｄｄｅｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ４０％.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＧａＮＭＭＩＣ；Ｋｕ-ｂａｎｄ；ｉｍｐｅｄａｎｃｅｍａｔｃｈｉｎｇ；ｌｏａｄｐｕｌｌ；ｈａｒｍｏｎｉｃＥＥＡＣＣ:１２２０ ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００５－９４９０.２０１８.０５.０１２ ＫＵ波段ＧａＮＭＭＩＣ功率放大器的研究 孙嘉庆,郑惟彬,钱 峰? (南京电子器件研究所,南京２１００９６) 摘 要:测试验证了谐波的源端阻抗对于器件的性能以及输出特性有很大的影响,所以基波匹配中不能忽视谐波的影响三 基于此研制了一款采用０.２５μｍ工艺ＧａＮ功率ＭＭＩＣ１２ＧＨｚ~１７ＧＨｚ放大器芯片,源端加入了谐波控制的部分三后期通过管壳测试以及后仿真分析功放的性能,提出一些改进芯片的方法三芯片采用二级放大的结构三末级匹配电路采用功率匹配,兼顾功率和效率；级间考虑二次谐波的匹配,进一步提高效率三输入和级间均采用有耗匹配,提高稳定性三芯片在１２ＧＨｚ~ １７ＧＨｚ范围内漏压２８Ｖ,输出功率３５ｄＢｍ,功率增益１４ｄＢ~１５ｄＢ,最大功率附加效率大于４０％三 关键词:ＧａＮＭＭＩＣ；Ｋｕ波段；阻抗匹配；负载牵引；谐波 中图分类号:ＴＮ７２２.７５ 文献标识码:Ａ 文章编号:１００５－９４９０(２０１８)０５－１１４１－０４ ＭＭＩＣ功率放大器虽然成本较高,但是由于其体积小二高增益二高效率以及良好的一致性可以广泛量产并应用在航天雷达等领域中[１－２]三同时,相比于ＧａＡｓ,ＧａＮ材料由于具有更大的禁带宽度二更高的热导率和击穿场强,在大功率应用中具有很大的潜力,因此ＧａＮＭＭＩＣ功率放大器近年来已经成为研究热点三射频功率放大器作为收发信机主要耗能模块,其工作效率的提高存在重要的意义,因此同时覆盖多个频带的高效率射频功率放大器成为研究的热门三尤其Ｋｕ波段在卫星通信领域存在着很大优势,相比于Ｃ波段的地面干扰很小,频率高,一般在１２.５ＧＨｚ~１８ＧＨｚ之间,不易受微波辐射干扰,大大 地降低了对接收环境的要求三 本文综合考虑ＧａＮＭＭＩＣ的优势,利用阻抗匹配的原理来实现功放的设计,同时加入了二次谐波调制的部分,用来进一步提高效率[３－６]三后期分别测试了芯片的效率和功率,根据测试的性能,静态电流,与实际仿真的结果,以及管芯的小信号和负载牵引(ｌｏａｄ-ｐｕｌｌ)结果进行对比,综合考虑如何进一步改进芯片三 １ 电路设计 测试实验证明,基波的源阻抗牵引(Ｓｏｕｒｃｅｐｕｌｌ)阻抗点对于基波负载牵引(Ｌｏａｄｐｕｌｌ)的最佳功率或者最佳效率阻抗点的位置没有太多影响,几乎没有改变三相反,源端的二次谐波阻抗对于输出端二次谐波阻抗最佳功率效率点的位置影响很大,最大效率相差 万方数据
非线性丙类功率放大器实验报告 姓名: 学号: 班级: 日期: 37 38 非线性丙类功率放大器实验 一、实验目的 1. 了解丙类功率放大器的基本工作原理, 掌握丙类放大器的调谐特性以及负载改变时的动态特性。 2. 了解高频功率放大器丙类工作的物理过程以及当激励信号变化对功率放大器工作状态的影响。 3. 比较甲类功率放大器与丙类功率放大器的功率、效率与特点。 二、实验基本原理 非线性丙类功率放大器的电流导通角 o 90<θ, 效率可达到 80%,通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。特点:非线性丙类功率放大器通常用来放大窄带高频信号 (信号的通带宽度只有其中心频率的 1%或更小 ,基极偏置为负值,电流导通角o 90<θ,为了不失真地放大信号,它的负载必须是 LC 谐振回路。 丙类功率放大器
丙类功率放大器的基极偏置电压 V BE 是利用发射极电流的直流分量 I EO (≈ I CO 在射极电阻上产生的压降来提供的,故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号 ' i v 为正弦波时,集电极的输出电流 i C 为余弦脉冲波。利用谐振回路 LC 的选频作用可输出基波谐振电压 v c1, 电流 i c1。图 8-3画出了丙类功率放大器的基极与集电极间的电流、电压波形关系。分析可得下列基本关系式: 011R I V m c m c = 式中, m c V 1为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅; m c I 1为集电极基波电流振幅; 0R 为集电极回路的谐振阻抗。 2102111212121R V R I I V P m c m c m c m c C === 39 式中, P C 为集电极输出功率 CO CC D I V P = 式中, P D 为电源 V CC 供给的直流功率; I CO 为集电极电流脉冲 i C 的直流分量。 放大器的效率η为 CO m c CC m c I I V V 1121? ?
17 数字预失真基本原理 马 进 （西安电子科技大学 通信工程学院，陕西 西安 710071） 摘 要 对高功率放大器的失真特性进行了数学分析，介绍了数字预失真的基本原理，总结了常用的几种预失真线性化方法，着重详细介绍了查找表数学模型的建模方法。 关键词 功率放大器；线性化；预失真 中图分类号 TN722.7+ 5 The Principle of Digital Pre-distortion Ma Jin (School of Telecommunications Engineering, Xidian University, Xi ′ an 710071, China) Abstract This paper makes a mathematical analysis of the HPA's distortion characteristic and introduces the principle of digital pre-distortion. It also summarizes some common techniques for linearizing pre-distortion with emphasis on the LUT mathematical model's modeling method. Keywords PA; linearization; pre-distortion; LUT 1 数字预失真的实测图表 数字预失真的目的是改善功放的线性度，而对功放线性度评估是用ACPR 这个指标进行评估的，因此数字预失真目的就是改善功放的ACPR 指标。预失真效果见表1所示。 2 功放的非线性特性分析 功放的各种失真特性[1]如下： （1）AM-AM 失真特性：就是放大器的增益压缩现象，即AM-AM 失真，可以采用非线性的多项式来表征放大器的这种特性，其数值由输入信号的幅度（AM ）决定。 在射频增益一定的条件下，在数字域中，可以根据输入基带信号的幅度（功率）通过一个多项式可计算出此种非线性失真分量。常用的多项式表达式如下： 表1 预失真效果 载波 1 2 3 4 备注频率/MHz 870.03 871.26 872.49 873.72 750kHz,Low 47.80 750kHz,Up 45.56 1.98MHz,Low 50.65 预失真前 ACPR/dB 1.98MHz,Up 48.38 9CH 750kHz,Low 60.55 750kHz,Up 63.23 1.98MHz,Low 66.70 预失真后 ACPR/dB 1.98MHz,Up 67.17 9CH 收稿日期：2005-12-21 作者简介：马 进（1979—），男，硕士研究生。研究方向：网络安全、对数字预失真。 ...554433221x a x a x a x a x a y ++++=. （2）AM-PM 失真特性：其数值与AM-AM 失真相似，也是由输入信号的幅度决定。 电子科技 2006年第9期（总第204期）
基于GaN器件射频功率放大电路的设计 本文主要是基于氮化镓(GaN)器件射频功率放大电路的设计,在S波段 频率范围内,应用CREE公司的氮化镓(GaN)高电子迁移速率晶体管(CGH40010和CGH40045)进行的宽带功率放大电路设计。主要工作有以下几个方面：首先,设 计功放匹配电路。在2.7GHz～3.5GHz频带范围内,对中间级和末级功放晶体管 进行稳定性分析并设置其静态工作点,继而进行宽带阻抗匹配电路的设计。本文采用双分支平衡渐变线拓扑电路结构,使用ADS软件对其进行仿真优化,设计出 满足指标要求的匹配电路。具体指标如下：通带宽度为800MHz,在通带范围内 的增益dB(S(2,1))>10dB、驻波比VSWR1<2、VSWR2 同主题文章 [1]. 宋登元,王秀山. GaN材料系列的研究进展' [J]. 微电子学. 1998.(02) [2]. 秦志新,陈志忠,周建辉,张国义. 采用N_2-RF等离子体氮化 GaAs(001)(英文)' [J]. 发光学报. 2002.(02) [3]. 谢崇木. 短波长半导体激光器开发动向' [J]. 半导体情报. 1998.(04) [4]. Robert ,Green. 现代通信测试设备必须适合多种手机标准——谈如 何选择射频功率分析测试仪器' [J]. 今日电子. 2003.(04) [5]. 宋航,Ｐａｒｋ,Ｓ,Ｈ,Ｋａｎｇ,Ｔ,Ｗ,Ｋｉｍ,Ｔ,Ｗ. 分子束外延高Mg掺杂GaN的发光特性' [J]. 发光学报. 1999.(02) [6]. 付羿,孙元平,沈晓明,李顺峰,冯志宏,段俐宏,王海,杨辉. 立方相GaN 的高温MOCVD生长(英文)' [J]. 半导体学报. 2002.(02) [7]. 段猛,郝跃. GaN基蓝色LED的研究进展' [J]. 西安电子科技大学学报. 2003.(01) [8]. 郎佳红,顾彪,徐茵,秦福文. GaN基半导体材料研究进展' [J]. 激光 与光电子学进展. 2003.(03) [9]. 曾庆明,刘伟吉,李献杰,赵永林,敖金平,徐晓春,吕长志.
预失真技术综述 1.1 数据预失真技术 数据预失真技术[i][ii]是一种最为简单的预失真补偿技术，该技术是针对信号星座经过非线性卫星信道后发生扭曲变形这一现象，通过在成型滤波之前直接修改发送信号的映射星座图，使接收端尽可能接收到理想的星座，从而减小卫星信道非线性对整个系统的性能影响。根据预失真值与输入数据的前后码元是否有关，数据预失真分为无记忆数据预失真和有记忆数据预失真[iii]两种。目前这两种技术都是基于无记忆非线性卫星信道进行研究，还没有针对高速的有记忆非线性卫星信道的研究。无记忆数据预失真方法简单，易于实现，但对于有记忆的非线性信道，其补偿性能已经不能满足要求。有记忆的数据预失真可以有效降低码间串扰，提高补偿性能，但随着调制阶数和记忆长度的增加，其存储空间和计算复杂度将迅速增加，实现复杂度过大。 1.2 信号预失真技术 信号预失真是在发送滤波器之后，通过修改发送信号的波形来补偿非线性失真的一种技术，其实现方法分为查询表和工作函数法两种。 查询表预失真技术产生于上世纪80年代，其实现方式是把高功放的输入功率(或幅度)作为查询表的索引指针，把高功放的复增益预调整值作为指针对应内容存储在RAM表中，工作时根据输入信号的功率或幅度信息查找其对应预调整值，并将其输出给后继电路，达到线性化的目的。目前国内外已有许多学者对查询表预失真技术进行了研究。日本sony Ericsson移动通信公司提出了一种适用于手持终端的查询表自适应预失真技术，并在窄带CDMA系统中进行实验，使功放模块的功率效率增加了48%[iv]。浙江大学的毛文杰等提出了一种基于双查询表的自适应预失真结构，可使邻道干扰降低约25dB[v]。但由于常规的查询表不能有效的表示记忆特性，使得传统的查询表只能对无记忆的窄带信号进行补偿。文献[vi]采用多维表形式表示记忆非线性特性，但存在结构复杂，收敛慢的问题。 工作函数预失真技术是指在非线性信道之前采用数学模型描述其逆特性，从而使整个信道呈现出线性特性。 （1）基于W-H模型的自适应预失真技术 W-H模型的记忆预失真技术首先利用Wiener模型对记忆高功放进行辨识，得到LTI和无记忆非线性模型的参数，然后根据高功放的输出和系统期望输出的误差，实现对Hammerstein预失真器的自适应调整。但由于Hammerstein预失真器是
[编辑本段]非线性失真定义 非线性失真亦称波形失真、非线性畸变，表现为音响系统输出信号与输入信号不成线性关系，由电子元器特性：曲线的非线性所引起，使输出信号中产生新的谐波成分，改变了原信号频谱，包括谐波失真、瞬态互调失真、互调失真等，非线性失真不仅会破坏音质，还有可能由于过量的高频谐波和直流分量烧毁音箱高音扬声器和低音扬声器。 失真对音质的影响极大。当音响设备存在非线性失真时，会造成声音浑浊，发毛、发沙、发破、发炸或者发硬，真实感变差。音响系统的非线性失真包括削波失真、谐波失真、互调失真以及瞬态失真等，音箱过载时，也同样会声音产生非线性失真。非线性失真存在于音响系统的各个环节中，无论采取何种技术措施，想要完全消除它是不可能的。 [编辑本段]非线性失真解析 一个理想的放大器，其输出信号应当如实的反映输入信号，即他们尽管在幅度上不同，时间上也可能有延迟，但波形应当是相同的。但是，在实际放大器中，由于种种原因，输入信号不可能与输入信号的波形完全相同，这种现象叫做失真。放大器产生失真的原因主要有2个： ①放大器件的工作点进入了特性曲线的非线性区，使输入信号和输出信号不再保持线性关系，这样产生的失真称为非线性失真。 ②放大器的频率特性不好，对输入信号中不同频率成分的增益不同或延时不同，这样产生的失真成为线性失真。 非线性失真产生的主要原因来自两个方面： ①晶体管等特性的非线性； ②静态工作等位置设置的不合适或输入信号过大. 由于放大器件工作在非线性区而产生的非线性失真有4 种：饱和失真、截止失真、交越失真和不对称失真。 在共发射极放大电路中，设输入信号V i 为正弦波，并且工作点选择在输入特性曲线的直线部分，这样它的输入电流ib 也将是正弦波。 如果由于电路元件参数选择不当，使静态工作点( Q 点) 电流ICQ比较高，则对输入电流的负半周，基极总电流iB 和集电极总电流iC 都减小，使集电极电压V C 升高，形成输出电压的正半周,这个输出电压仍然是正弦波，没有失真。但是在输入电流的正半周中，当iB 由iBQ = 30μA 增加到40μA 时，iCQ随之由ICQ 增大到iCmax ，这样形成的输出电压的负半周的底部被削，不再是正弦波，产生了失真。这种由于放大器件工作到特性曲线的饱和区产生的失真，成为饱和失真。 相反地,如果静态工作点电流ICQ 选择的比较低，在输入电流正半周时，输出电压无失真。但是，在输入电流的负半周，晶体管将工作到截止区，从而使输出电压的正半周的顶部被削，产生了失真。这种失真是由于放大器工作到特性曲线的截止区产
1．光放大器包括哪些种类？简述它们的原理和特点。EDFA有哪些优点？ 答：光放大器包括半导体光放大器、光纤放大器（由可分为非线性光纤放大器和掺杂光纤放大器）。 1）半导体光放大器 它是根据半导体激光器的工作原理制成的光放大器。将半导体激光器两端的反射腔去除，就成为没有反馈的半导体行波放大器。它能适合不同波长的光放大，缺点是耦合损耗大，增益受偏振影响大，噪声及串扰大。 2）光纤放大器 （1）非线性光纤放大器 强光信号在光纤中传输，会与光纤介质作用产生非线性效应，非线性光纤放大器就是利用这些非线性效应制作而成。包括受激拉曼放大器（SRA）和受激布里渊放大器（SBA）两种。（2）掺杂光纤放大器（常见的有掺铒和掺镨光纤放大器） 在泵浦光作用下，掺杂光纤中出现粒子数反转分布，产生受激辐射，从而使光信号得到放大。EDFA优点：高增益、宽带宽、低噪声及放大波长正好是在光纤的最低损耗窗口等。2．EDFA的泵浦方式有哪些？各有什么优缺点？ 答：EDFA的三种泵浦形式：同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。同向泵浦：信号光和泵浦光经WDM复用器合在一起同向输入到掺铒光纤中，在掺铒光纤中同向传输；反向泵浦：信号光和泵浦在掺铒光纤中反向传输；双向泵浦：在掺铒光纤的两端各有泵浦光相向输入到掺铒光纤中。 同向泵浦增益最低，而反向泵浦比同向泵浦可以提高增益3dB~5dB。这是因为在输出端的泵浦光比较强可以更多地转化为信号光。而双向泵浦又比反向泵浦输出信号提高约3dB，这是因为双向泵浦的泵功率也提高了3dB。其次，从噪声特性来看，由于输出功率加大将导致粒子反转数的下降，因此在未饱和区，同向泵浦式EDFA 的噪声系数最小，但在饱和区，情况将发生变化。不管掺铒光纤的长度如何，同向泵浦的噪声系数均较小。最后，考虑三种泵浦方式的饱和输出特性。同向EDFA 的饱和输出最小。双向泵浦EDFA 的输出功率最大，并且放大器性能与输出信号方向无关，但耦合损耗较大，并增加了一个泵浦，使成本上升。3．一个EDFA功率放大器，波长为1542nm的输入信号功率为2dBm，得到的输出功率为，求放大器的增益。 解：G= 10log10（Pout/Pin）= 10log10Pout -10log10Pin=27-2=25dB 4．简述FBA与FRA间的区别。为什么在FBA中信号与泵浦光必须反向传输？ 答：FBA与FRA间的区别： 1、FRA是同向泵浦，FBA是反向泵浦； 2、FRA产生的是光学声子，FBR产生的是声学声子， 3、FRA比FBA的阈值功率大； 4、FRA比FBA的增益带宽大。 在SBA中，泵浦光在光纤的布里渊散射下，产生低频的斯托克斯光，方向与泵浦光传播方向相反。如果这个斯托克斯光与信号光同频、同相，那么信号光得到加强。故要使信号光得到放大，信号光应与泵浦光方向相反。 5．一个长250μm的半导体激光器用做F-P放大器，有源区折射率为4，则放大器通带带宽是多少？ 此题可能有误，半导体光放大器的通带带宽目前还没找到公式计算。 6．EDFA在光纤通信系统中的应用形式有哪些？
电子设计工程 Electronic Design Engineering 第26卷Vol.26第3期No.32018年2月Feb.2018 收稿日期：2017-06-18 稿件编号：201706117 作者简介：侯钧（1983—），男，重庆人，硕士研究生，工程师。研究方向：射频微波功率放大器。 功率放大器是通信系统发射链路中的重要组成部分。目前很多军、民用电台，广播电视等发射系统都工作在20~1000MHz 频段。随着宽带通信、干扰和测试系统的发展，对能覆盖整个频段的功率放大器需求非常迫切。20~1000MHz 有近6个倍频层，受制于Bode-Fano 准则，在如此宽的频段内进行匹配会面临极大挑战。微带线和电容电感相结合的方式适用于高频[1-3]，若需兼顾低频，输出功率往往难以 大于10W [4]。单纯运用传输线变压器（transmission line transformer ，TLT ）也不能达到需要的带宽[5-8]，因此，解决20~1000MHz 频段宽带功率放大器的研制问题具有重要的应用价值。 1TLT 及磁芯的应用 TLT 具有宽的带宽、低的损耗、高的功率容量等 20~1000MHz 100W GaN 宽带功率放大器研制 侯钧1，方建新1，黄亮1，蒋超2 （1.成都四威功率电子科技有限公司四川成都611730；2.西南电子设备研究所四川成都610036）摘要：随着通信、对抗和测试设备的工作带宽逐渐增加，对相应功率放大器的带宽要求也越来越宽，而基于第三代半导体材料的GaN HEMT 具备宽工作频带的特性，有满足新需求的潜力。运用传输线变压器（Transmission Line Transformer ，TLT ）加载铁氧体磁芯的技术对GaN HEMT 进行宽带匹配，研制了工作于20~1000MHz 的功率放大器。通过建立和优化TLT 模型，拓展频率低端，最终测试结果表明，在整个带宽内，输出功率≥107W ，增益≥11.3dB ，功率附加效率≥34.5%，成功将此功率量级的宽带功率放大器工作倍频层由3拓展到5以上。此功率放大器适用于同时要求宽带宽和高功率的系统中，如EMC 测试、电子对抗和宽带通讯等。 关键词：功率放大器；宽带匹配；GaN HEMT ；传输线变压器；铁氧体磁芯中图分类号：TN722.75 文献标识码：A 文章编号：1674-6236（2018）03-0111-05 100W broadband GaN power amplifier design over 20MHz to 1000MHz bandwidth HOU Jun 1，FANG Jian?xin 1，HUANG Liang 1，JIANG Chao 2 （1.Chengdu SWIEE Power Electronics Technology Co.，Ltd.，Chengdu 611730，China ；2.Southwest China Research Institute of Electronic Equipment ，Chengdu 610036，China ） Abstract:As the working bandwidth of communication ，electronic warfare and test equipment increases ，the bandwidth requirements of the corresponding power amplifiers are also increasing.The GaN HEMT based on the third-generation semiconductor material ，has the characteristics of broadband operating ，which has the potential to meet the demands of new https://www.doczj.com/doc/f65575683.html,ing the transmission line transformer （TLT ）with ferrite core to match GaN HEMT ，designed a broadband power amplifier working in the 20MHz to 1000MHz band.The model of TLT with ferrite core is established ，and its parameters are optimized by simulation ，which expands the low frequency of the power amplifier.The test results show that in the entire bandwidth ，the output power≥107W ，gain≥11.3dB ，power additional efficiency≥34.5%.Successfully expand operation octave from 3to above 5.This power amplifier is suitable for EMC testing ，electronic warfare ，broadband communication and other systems with wide bandwidth and high-power requirements. Key words:power amplifier ；broadband impedance march ；GaN HEMT ；transmission line transformer ； ferrite core - -111
高频电子线路课程设计报告 题目：丙类功率放大器 院系： 专业：电子信息科学与技术 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 报告成绩： 2013年12月20日
目录 一、设计目的 (1) 二、设计思路 (1) 三、设计过程 (2) 3.1、系统方案论证 3.1.1 丙类谐振功率放大器电路 3.2、模块电路设计 3.2.1丙类谐振功率放大器输入端采用自给偏置电路 3.2.2丙类谐振功率放大器输出端采用直流馈电电路 3.2.3匹配网络 3.2.4 VBB 、Vcm、Vbm、VCC对丙类谐振功率放大器性能影响分析 四、整体电路与系统调试及仿真结果 (11) 4.1 电路设计与分析 4.2.仿真与模拟 4.2.1 Multisim 简介 4.2.2 基于Multisim电路仿真用例 五、主要元器件与设备 (14) 5.1 晶体管的选择 5.1.2 判别三极管类型和三个电极的方法 5.2电容的选择 六、课程设计体会与建议 (17) 6.1、设计体会 6.2、设计建议 七、结论 (18) 八、参考文献 (19)
一、设计目的 电子技术迅猛发展。由分立元件发展到集成电路，中小规模集成电路，大规模集成电路和超大规模集成电路。基本放大器是组成各种复杂放大电路的基本单元。弱电控制强电在许多电子设备中需要用到。放大器在当今和未来社会中的作用日益增加。 高频功率放大器是发送设备的重要组成部分之一，通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗，要求发射机具有较大的输出功率，而且，通信距离越远，要求输出功率越大。所以，为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频功率放大器。高频功率放大器是无线电发射设备的重要组成部分。丙类谐振功率放大器在人类生活中得到了广泛的应用，而且能高效率的将电源供给的直流能量转换为高频交流输出，研究它具有很高的社会价值。 设计简单丙类谐振功率放大器电路并进行仿真，以及对丙类谐振功率放大器发展的展望。 二、设计思路 丙类谐振功率放大器工作原理 图2-2-1为丙类谐振功率放大器原理图,为实现丙类工作,基极偏置电压V BB 应设置在功率的截止区。 输入回路 由于功率管处于截止状态，基极偏置电压V BB 作为结外电场，无法克服结内电场，没有达到晶体管门坎电压，从而，导致输入电流脉冲严重失真，脉冲宽度小于90o。 由i C ≈βi B 知，i C 也严重失真，且脉宽小于90o。 输出回路 若忽略晶体管的基区宽度调制效应以及结电容影响,在静态转移特性曲线 (i C ～V BE )上画出的集电极电流波形是一串周期重复的脉冲序列,脉冲宽度小于半 个周期。
第五章 高频功率放大器 一、简答题 1．什么叫做高频功率放大器？它的功用是什么？应对它提出哪些主要要求？为什么高频功放一般在B 类、C 类状态下工作？为什么通常采用谐振回路作负载？ 答：高频功率放大器是一种能将直流电源的能量转换为高频信号能量的放大电路，其主要功能是放大放大高频信号功率，具有比较高的输出功率和效率。对它的基本要求是有选频作用、输出功率大、自身损耗小、效率高、所以为了提高效率，一般选择在B 或C 类下工作，但此时的集电极电流是一个余弦脉冲，因此必须用谐振电路做负载，才能得到所需频率的正弦高频信号。 2．已知高频功放工作在过压状态，现欲将它调整到临界状态，可以改变哪些外界因素来实现，变化方向如何？在此过程中集电极输出功率如何变化？ 解：可以通过采取以下措施 1）减小激励Ub ，集电极电流Ic1和电压振幅UC 基本不变，输出功率和效率基本不变。 2）增大基极的负向偏置电压，集电极电流Ic1和电压振幅UC 基本不变，输出功率和效率基本不变。 3）减小负载电阻RL ，集电极电流Ic1增大，IC0也增大，但电压振幅UC 减小不大，因此输出功率上升。 4）增大集电极电源电压，Ic1、IC0和UC 增大，输出功率也随之增大，效率基本不变。 3．丙类功率放大器为什么要用谐振回路作为负载？ 解：利用谐振回路的选频作用，可以将失真的集电极电流脉冲变换为不失真的输出余弦电压。同时，谐振回路还可以将含有电抗分量的外接负载转换为谐振电阻 P R ，而且调节A L 和A C 还能保持回路谐振时使P R 等于放大管所需要的集电极负 载值，实现阻抗匹配。因此，在谐振功率放大器中，谐振回路起到了选频和匹配的双重作用。
氮化镓在射频领域的优势 氮化镓是一种二元III/V族直接带隙半导体晶体，也是一般照明LED和蓝光播放器最常使用的材料。另外，氮化镓还被用于射频放大器和功率电子器件。氮化镓是非常坚硬的材料;其原子的化学键是高度离子化的氮化镓化学键，该化学键产生的能隙达到3.4 电子伏特。 半导体物理学中，“能隙”是指使电子游离原子核轨道，并且能够在固体内自由移动所需的能量。能隙是一个重要的物质参数，它最终决定了固体所能承受的游离电子和电场的能量。氮化镓的能隙是3.4 电子伏，这是一个比较大的数字。这就是为何氮化镓被称为“大能隙半导体”的原因。 相比之下，砷化镓的能隙为1.4 电子伏，而硅的能隙只有1.1 电子伏。图3-2:在栅极靠近漏极的边缘位置发生机械性能退化。 在本章中，我们将向您介绍氮化镓的基础知识，并且说明氮化镓具有的哪些特性使其成为射频功率放大器和其他高压高频应用的理想材料。 // 氮化镓基础知识 镓是一种化学元素，原子序数31。镓并非自由存在于自然中。恰恰相反，镓是锌和铝生产过程中的一种副产品。压电效应造成的材料结构性能退化。 氮化镓复合物由镓和氮原子排列构成，最常见的是纤锌矿晶体结构。纤锌矿晶体结构(图1-1)是一种六边形结构，其特征是有两个晶格常数(图中标记为a 和 c)。
在半导体领域，通常在高温条件下(大约1,100摄氏度)，在异质衬底上(对于射频应用，采用碳化硅作为衬底材料;对于功率电子器件应用，则采用硅作为衬底材料)，利用金属有机化学蒸气沉积或分子束外延技术生长氮化镓。 碳化硅基氮化镓方法综合了氮化镓的高功率密度能力，以及碳化硅的超高导热性和低射频损耗。正是因为这一点，碳化硅基氮化镓方法才成为实现高功率密度射频性能的首选方法。今天，碳化硅基氮化镓的衬底直径可以达到6 英寸。 硅基氮化镓组合的导热性能要差很多，并且射频损耗较高，但造价较为低廉。正是因为这一点，硅基氮化镓组合才成为低成本功率电子器件应用的首选方法。今天，硅基氮化镓的衬底直径可以达到8英寸。 // 为何氮化镓性能优于其他半导体材料 尽管与硅和砷化镓等其他半导体材料相比，氮化镓是相对较新的技术，但是对于远距离信号传送或高端功率级别等（例如，雷达、基站收发台、卫星通信、电子战等）高射频和高功率应用，氮化镓已经成为优先选择。 碳化硅基氮化镓在射频应用中脱颖而出的原因如下： 1 高击穿电场： 由于氮化镓拥有大能隙，因此氮化镓材料也拥有高击穿电场，所以氮化镓器件的工作电压可以远高于其他半导体器件。当受到足够高的电场影响时，半导体中的电子能够
实验二非线性丙类功率放大器实验 一、实验目的 1、了解丙类功率放大器的基本工作原理，掌握丙类放大器的调谐特性以及负载改变时 的动态特性。 2、了解高频功率放大器丙类工作的物理过程以及当激励信号变化对功率放大器工作状 态的影响。 二、实验内容 1、观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点 2、测试丙类功放的调谐特性 3、测试丙类功放的负载特性 4、观察激励信号变化、负载变化对工作状态的影响 三、实验仪器 1、信号源模块1块 2、频率计模块1块 3、8 号板1块 4、双踪示波器1台 5、频率特性测试仪（可选）1台 6、万用表1块 四、实验基本原理 放大器按照电流导通角θ的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型。功率放大器电流导通角θ越小，放大器的效率η越高。 1、丙类功率放大器 1）基本关系式 丙类功率放大器的基极偏置电压V BE是利用发射极电流的直流分量I EO（≈I CO）在射极电 v为正弦波时，集阻上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号' i
电极的输出电流i C 为余弦脉冲波。利用谐振回路LC 的选频作用可输出基波谐振电压v c1,电流i c1。图2-1画出了丙类功率放大器的基极与集电极间的电流、电压波形关系。分析可得下列基本关系式： 011R I V m c m c = 式中，m c V 1为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅；m c I 1为集电极基波电流振幅； 0R 为集电极回路的谐振阻抗。 2102111212121R V R I I V P m c m c m c m c C = == 式中，P C 为集电极输出功率 CO CC D I V P = 式中，P D 为电源V CC 供给的直流功率；I CO 为集电极电流脉冲i C 的直流分量。 放大器的效率η为 CO m c CC m c I I V V 1121??= η
实验七 非线性丙类功率放大器实验 一、 实验目的 1、 了解丙类功率放大器的基本工作原理，掌握丙类放大器的调谐特性以及负载改变时 的动态特性。 2、 了解高频功率放大器丙类工作的物理过程以及当激励信号变化对功率放大器工作状 态的影响。 3、 比较甲类功率放大器与丙类功率放大器的特点 4、 掌握丙类放大器的计算与设计方法。 二、实验内容 1、 观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点 2、 测试丙类功放的调谐特性 3、 测试丙类功放的负载特性 4、 观察激励信号变化、负载变化对工作状态的影响 三、 实验仪器 1、 信号源模块 1块 2、 频率计模块 1块 3、 8 号板 1块 4、 双踪示波器 1台 5、 频率特性测试仪（可选） 1台 6、 万用表 1块 四、实验基本原理 放大器按照电流导通角θ的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型。功率放大器电流导通角θ越小，放大器的效率η越高。 甲类功率放大器的o 180＝ θ，效率η最高只能达到50%，适用于小信号低功率放大，一般作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。
非线性丙类功率放大器的电流导通角o 90<θ，效率可达到80%，通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。特点：非线性丙类功率放大器通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1％或更小)，基极偏置为负值，电流导通角 o 90<θ，为了不失真地放大信号，它的负载必须是LC 谐振回路。 电路原理图如图7-1(见P.48)所示，该实验电路由两级功率放大器组成。其中N 4、T 5组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态，其中R 14、R 15、R 16组成静态偏置电阻。N 4、T 6组成丙类功率放大器。R 18为射极反馈电阻，T 6为谐振回路，甲类功放的输出信号通过R 17送到N 4基极作为丙放的输入信号，此时只有当甲放输出信号大于丙放管N 4基极－射极间的负偏压值时，Q 4才导通工作。与拨码开关相连的电阻为负载回路外接电阻，改变S 1拨码开关的位置可改变并联电阻值，即改变回路Q 值。 下面介绍甲类功放和丙类功放的工作原理及基本关系式。 1、甲类功率放大器 1) 静态工作点 如图7-1所示，甲类功率放大器工作在线性状态，电路的静态工作点由下列关系式确定： 15R I v EQ EQ = BQ CQ I I β= V v v EQ BQ 7.0+= 15R I V v CQ CC CEQ -= 2) 负载特性 如图7-1所示，甲类功率放大器的输出负载由丙类功放的输入阻抗决定，两级间通过变压器进行耦合，因此甲类功放的交流输出功率P 0可表示为： B H P P η' 0= 式中，' H P 为输出负载上的实际功率，B η为变压器的传输效率，一般为B η＝0.75～0.85 图7-2为甲类功放的负载特性。为获得最大不失真输出功率，静态工作点Q 应选在交流负载线AB 的中点，此时集电极的负载电阻R H 称为最佳负载电阻。集电极的输出功率P C 的表达式为：
功率放大器非线性测量和设计的新范例— NVNA非线性矢量网络仪和ADS基于X参数的功放设计 非线性测量和设计的创新技术— X参数 频率覆盖10MHz-13.5/26.5/43.5/50GHz
我很清楚我所设计的放大器增益随着负载的变化而变化，但是 传统的“Hot S22”在非线性条件下并不能帮我解决问题。 当我将各级功率放大器级联时，总的输出结果并没有像我所想 象的那样。不知道到底是怎么回事? 因此我需要新的工具，能让我 深入了解器件的非线性特性。 如果我能够获得器件基波及谐波的幅度和相位信息，将大大节 省我花在功率合成放大器的匹配电路设计上的时间。 半导体厂家提供的管芯的小信号S参数对我设计放大器几乎没 有作用，我需要大信号激励下管芯的非线性参数。我真希望有一种 测量工具能让我提取出完全表征器件非线性特性的参数。 传统的负载牵引系统并不能帮我解决大信号模型问题，因此我 需要新方法帮我快速提取出器件的大信号模型，从而让我使用ADS 软件有效而且快速地设计出满足指标的功率放大器。 安捷伦科技非线性矢量网络分析仪 (NVNA)荣获《电子产品世界》2008 年度产品奖, 2008年EDN创新奖, 并被选为射频和微波年度最佳产品 2
众所周知，功率放大器是每个发射机系统的核心部件，随着雷达应用、卫概述 星通信及无线通信的迅速发展，要求研发工程师和科学家们不断地研究和设计 出具有更高的输出功率、更高的功率附加效率以及更高的线性度等指标的功率 放大器，以满足更快的数据通信、更宽的雷达信号等需求。这就需要不断提高 半导体功率管的性能，并把对半导体功率管的应用扩展到其性能的极限，经常 使其进入到半导体功率管的非线性工作区域甚至饱和状态。器件的非线性特性 非常容易给雷达系统、卫星系统及通信系统造成严重问题，往往是信息之间互 相干扰、系统有效带宽下降的最主要原因。如何更深刻地了解并掌握器件与电 路的非线性特性是每个射频工程师每天所面临的棘手难题，急需解决。而现有 的工具和手段并不能有效地帮助工程师解决这些 问题。因此，处理非线性问题需要使用超越今天 我们测试线性参数范畴的新工具，这种全新的 工具能够让工程师快速地获得完全表征功率管 非线性行为的非线性参数，从而能够进行 快速建模、仿真并且彻底改善新技术 产品的设计流程。 当今，雷达系统、卫星系统及 当前的问题 无线通信系统的研发工程师和科学家 的目标很明确: 高效和精确地仿真设计 功率放大器。仿真和设计必然需要功率管的大信号模型，但是很多半导体厂家 并不提供设计功放所需要的功率管的大信号模型。有些客户自己曾经试图使用 直流信号分析仪结合网络仪测量S参数提取Spice物理模型，最后通过数学运 算拟合出大信号模型，但是这个过程很漫长而且往往不准确。另外，由于在非 线性器件和系统的设计过程中一直没有一个集建模、仿真和测试于一体的方 案，工程师们只能依赖信息量很有限的小信号S参数并根据各自的经验，花费 大量时间和成本做大量的设计迭代实验，使得整个设计过程变得既费时又昂 贵。为改变目前困境，就需要工程师能够精确快速地提取功率管的大信号模 型，使其掌握器件的线性和非线性行为性特性，同时还需要在ADS软件中准 确地仿真出功率管的非线性行为。 现在也有部分客户逐渐接受负载牵引系统的概念，但是单纯的负载牵引系 统不能够满足客户快速高效地设计高性能功放的需求，原因在于负载牵引系统 存在一些不足: ●负载牵引系统特别消耗时间，不能够在扫频、扫功率及扫直流偏置模式下测 量等高线。 ●不能提供完整的大信号模型，因此不能让设计师有效地使用EDA工具进行 功放的设计和仿真。 ●没有考虑谐波分量及谐波分量对基波的影响，无法测量出谐波的相位信息， 但是功放非线性设计必须考虑谐波成分。 ●即使可以把负载牵引测试数据导入EDA工具，但是由于只有功率信息，没 有直流信息、谐波信息等。因此只能仿真功率等高线，不能仿真谐波的幅度 相位、功率效率等高线、交调失真及ACPR等。 现在安捷伦推出了全新的解决方案使工程师在对有源器件建模、仿真及设 计时，显著减少花费在设计迭代上的时间，从而让我们加快新产品推向市场的 速度。 3