高功率S波段LDMOS FET功率放大器的研究.pdf

1、固態(tài)PA具有工作電壓低，小尺寸，高線性度，低噪聲，高效率，壽命長以及高可靠性等優(yōu)點，已經(jīng)十分廣泛應(yīng)用在移動通信、雷達、干擾、識別等射頻/微波/毫米波系統(tǒng)之中。 第三代移動通信(3G)技術(shù)是當前國際通信領(lǐng)域的熱點。iSuppli在報告中預(yù)計2005年3G設(shè)備將占無線運營商資金投入的大部分，到2007年將占到100％，到2009年3G帶來的市場高達380億美元以上，具有十分廣闊的市場前景[1]。3G技術(shù)需將復(fù)合調(diào)制的多載波信號發(fā)射出

2、去，從而對RF/微波PA性能提出了更高的挑戰(zhàn)，以滿足帶寬、輸出功率、效率和輸出失真度的應(yīng)用要求。3G移動通信上行頻段為1885～2025MHz(通信基站接收)，下行頻段為2100～2300MHz(通信基站發(fā)送)，兼容了WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA)三大3G標準的工作頻段。2.0～2.3GHz百瓦級微波固態(tài)功率放大器在民用上可用于通信發(fā)射機(WCDMA、TD-SCDMA)，遠距離高容量通信基地、微波轉(zhuǎn)發(fā)器等；軍事上，可以

3、以此為基礎(chǔ)開發(fā)出S波段上的1KW～10KW連續(xù)波微波固態(tài)功率放大系統(tǒng)，應(yīng)用于發(fā)射機。本論文重點研制百瓦級S波段高功率微波固態(tài)功率放大器。對高功率微波固態(tài)功放的關(guān)鍵技術(shù)如寬帶匹配技術(shù)、功率合成技術(shù)進行了討論分析。采用理論分析與射頻電路仿真軟件相結(jié)合的方法，設(shè)計出一個基于LDMOSFET的S波段180W兩級固態(tài)功率放大模塊，包括功分/合成設(shè)計考慮，180W功率放大器設(shè)計和40W驅(qū)動功率放大電路，這些工作為下一步千瓦級固態(tài)功率放大系統(tǒng)的設(shè)計與

4、研制奠定了基礎(chǔ)。 設(shè)計的末級180W功率放大器仿真結(jié)果表明在頻率范圍為2.0～2.3GHz，增益達到14.7dB，增益平坦度為1dB。PldB輸出功率大于50dBm，功率附加效率大于45％。第一載波頻率為2.13808GHz，第二載波頻率為2.14192GHz，輸出功率為43dBm，三階交調(diào)系數(shù)IM3小于-43dBc，。飽和輸出功率達53dBm，最大功率附加效率達60％。 設(shè)計的40W驅(qū)動功率放大器仿真結(jié)果表明在頻率范圍

5、為2.0～2.3GHz頻帶內(nèi)，PldB達46dBm，功率附加效率大于45％，功率增益是13.1dB，三階交調(diào)系數(shù)為-45dBc，具有較好的線性性能。 設(shè)計的兩級功率放大模塊仿真結(jié)果表明在頻率范圍為2.0～2.3GHz頻帶內(nèi)，PldB輸出功率大于50dBm，功率附加效率大于50％，線性增益達到28dB以上，輸出功率為40dBm時，三階交調(diào)系數(shù)小于-43dBc。飽和輸出功率最高可以達到53.6dBm，功率附加效率大于40％。

6、 經(jīng)過初步調(diào)試，40W功率放大器具有14.8dB的增益，頻率范圍約為1.8～2.2GHz，增益平坦度較好，性能穩(wěn)定，有利于進行下一步工作。 本文針對微波固態(tài)功率放大器進行了熱設(shè)計，經(jīng)過研究熱設(shè)計的基本原理，采用理論計算和Ansys軟件仿真，提出了強迫風(fēng)冷的具體熱設(shè)計方案，設(shè)計出了散熱能力可達1KW的散熱器，進行了熱阻分析，風(fēng)機討論，冷板設(shè)計及風(fēng)道考慮。同時，此系統(tǒng)具有兼容性，通過優(yōu)化，可以進一步提高散熱能力，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。

7、 本論文的主要工作在于對高功率S波段微波固態(tài)功率放大器的實現(xiàn)進行較為全面地研究，同時實際加工制作，裝配及調(diào)試測量。這些研究工作在強輻射重點實驗室還是第一次，為促進固態(tài)-真空器件技術(shù)的有機結(jié)合作了重要性起步工作。本文采用LDMOSFET，通過優(yōu)化分析和設(shè)計，使功放的性能指標有了較大突破；所設(shè)計的S波段180WLDMOSFET功率放大器既能應(yīng)用于3G基站，又可以作為單元功率放大模塊，通過徑向功率合成實現(xiàn)1～10KW連續(xù)波固態(tài)功率放大系