全局最佳化的準線性高效率微波固態功率放大器研究

《全局最佳化的準線性高效率微波固態功率放大器研究》是依託電子科技大學,由游飛擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：全局最佳化的準線性高效率微波固態功率放大器研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：游飛

項目摘要

在放大高峰均比信號時，為了解決現有的微波固態功率放大器效率低下的問題，本項目基於動態電源調製和E類開關功放等電路理論和設計技術，提出了全局最佳化的準線性高效率微波固態功率放大器設計理論。其主要研究內容是：準線性高效率固態功放的最佳化設計技術；複雜信號驅動時準E類功放的性能變化分析；動態電源調製的控制策略；面向代價函式的功放全局效率最佳化算法；準線性高效率固態功放的性能測試。本項目採用的動態電源調製技術既能保證準E類功放持續工作在高效率的狀態，又能克服準E類功放輸出功率動態範圍較低的缺點。對輸入功率和電源調製進行聯合控制的全局最佳化算法，在一定程度上犧牲了E類功率放大器的最高效率，但克服了信號頻寬及峰均比增加時功放平均效率下降的缺點。通過該項目的研究，將為具有大動態範圍的高效率微波固態功放的設計提供可實現的方案，促進下一代通信系統發射機性能指標的提高。

結題摘要

本項目採用了極坐標發射機的結構作為高效率微波固態功率放大器的主要研究方向。確立了高效率諧波控制類高效率放大器，寬頻高效率電源調製器，實際信號驅動時功放性能分析，寬頻調相驅動信號產生及極坐標發射機全局最佳化作為主要研究要點。 在高效率諧波控制類功放設計方面，深入研究了F類，J類和準E類功放的基本理論及設計方法。為達到在微波頻段高效率的性能目標，在電晶體模型、電流源參考面校準，輸入、輸出二次及三次諧波阻抗控制及實現方法等方面深入挖掘，提出並實現了一系列具有較高效率指標的微波頻段諧波控制類高效率功率放大器。在這方面共發表SCI檢索期刊論文3篇，國際會議論文3篇，獲得國際競賽獎項3人次，申請發明專利1項。 在寬頻高效率電源調製器設計方面，首先對極坐標發射機幅度放大通道的頻寬限制對發射機系統指標的影響進行了理論分析，為電源調製器的頻寬設計目標給出了理論依據。本項目還提出了一種基於E類功放及整流器的寬頻電源調製器新結構，理論分析表明其穩態功率損耗較小。研究還針對調製器在暫態過程中的損耗及失真機制進行了分析，結果表明該電源調製器在放大寬頻幅度包絡時能保持較高效率及適中的線性度。在該研究點共發表SCI檢索期刊論文2篇，國際會議論文1篇，申請發明專利2項。 在實際信號驅動時功放的性能分析方面，對正弦信號驅動時的諧波控制類功放及E類開關功放從功率回退點到飽和功率點的性能進行了深入分析，提出了適用的理論分析模型和方法，並比較了各類型功放的性能。該研究點成果還在整理髮表中。 在寬頻調相驅動信號產生方面，主要對採用全數字鎖相環相位調製及多級量化器的頻率抖動相位調製方案進行了研究。研究中採用了補償濾波器的方案對調相信號在過渡帶進行預加重以抵消濾波器衰減，從而適度增加相位調製頻寬。本研究還提出採用多級量化器的頻率抖動開環寬頻調相方案，具有極低的數字雜散。在該方向上共發表國際會議論文2篇，申請發明專利1項。 在極坐標發射機全局最佳化方面，以提高系統平均效率和改善線性度為目標，通過研究功放輸入功率和漏極供電電壓的最優組合，得到極坐標發射機全局最佳化的方案。仿真結果表明該方案簡單有效，能提高發射機性能。該研究申請發明專利1項。 通過該項目培養了6名碩士研究生，並且充實了團隊在高效率功放方面的研究內涵，為後續研究奠定了良好基礎，獲得了良好社會效應，推動了與多家研究所及企業的深入合作。