功率放大器作為射頻前端的關鍵電路， 它性能的好壞直接影響著整個通信系統的性能優劣。雙頻功率放大器可以實現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率。
基本介紹
- 中文名：雙頻功率放大器
- 外文名：The dual-band power amplifier
背景,雙頻功率放大器設計,雙頻功率放大器仿真設計,雙頻 CDMA 射頻功率放大器— —AWC6323,
背景
近年來， 隨著無線通信和網際網路技術的迅速發展，無線通信設備的要求越來越高。為滿足不同的數據業務要求，無線通信產品需要在不同的通信模式下工作。多模通信系統必須適應不同的頻段， 而採用多組單一頻率前端模組的構建方案不僅在能耗、 體積和效率上影響很大， 而且增加了生產成本。
功率放大器作為射頻前端的關鍵電路， 它性能的好壞直接影響著整個通信系統的性能優劣，因此，無線系統需要設計性能良好的功率放大器。關於開關類功率放大器設計技術逐漸成熟， 理論研究不斷深入， 但有關雙頻高效功率放大器的設計卻很少有報導。自從 2001 年， D． R． Smith 等人證明了左手材料的存在後， 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，現階段的左手傳輸線是由右手傳輸線通過一定的結構組成的，因此把左手傳輸線和右手傳輸線相結合就轉變為複合左右手傳輸線( CRLH－TL， CompositeRight /Left Handed Transmission－Line) 。複合左右手傳輸線在不同的頻段分別呈現異向介質或傳統介質特性，改變了常規雙頻功率放大器的設計方法，使任意兩個工作頻點實現在同一個功放管上工作這種方法廣泛用於各種無源器件( 如雙頻耦合器、雙頻功分器和多頻天線等) 的研製和套用。
功率放大器作為射頻前端的關鍵電路， 它性能的好壞直接影響著整個通信系統的性能優劣，因此，無線系統需要設計性能良好的功率放大器。關於開關類功率放大器設計技術逐漸成熟， 理論研究不斷深入， 但有關雙頻高效功率放大器的設計卻很少有報導。自從 2001 年， D． R． Smith 等人證明了左手材料的存在後， 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，現階段的左手傳輸線是由右手傳輸線通過一定的結構組成的，因此把左手傳輸線和右手傳輸線相結合就轉變為複合左右手傳輸線( CRLH－TL， CompositeRight /Left Handed Transmission－Line) 。複合左右手傳輸線在不同的頻段分別呈現異向介質或傳統介質特性，改變了常規雙頻功率放大器的設計方法，使任意兩個工作頻點實現在同一個功放管上工作這種方法廣泛用於各種無源器件( 如雙頻耦合器、雙頻功分器和多頻天線等) 的研製和套用。
雙頻功率放大器設計
開關類功率放大器通過避免漏極電壓和電流波形重疊，來提高工作效率。E 類功率放大器能夠調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% 的效率。E 類功率放大器的電路有一個電晶體作為開關，並聯一個電容 C，開關兩端的匹配網路使用微帶線。
傳統的功率放大器主要依靠減小導通角和避免電壓電流波形重疊， 來提高在某一頻點或頻段的工作效率，隨著關於對左手材料的深入研究， 複合左右手傳輸線的出現， 理論上可以實現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率。
複合左右手傳輸線，與一般的傳輸線不同，它包含左手傳輸線和右手傳輸線的特性， 它的單元相位回響是非線性的。一種複合左右手傳輸線集總參數結構由兩截右手傳輸線和一個左手傳輸單元構成。複合左右手傳輸線的特性是輸入與輸出之間淨相移特性，在左手傳輸線頻段相位超前，在右手傳輸線頻段相位滯後，經過一段複合左右傳輸線後，總體相位偏移為零。當複合左右手傳輸線的串聯諧振和 並 聯 諧 振 相 等 時， 這 種 狀 態 稱 之 為 平 衡 狀態，平衡結構的複合左右手傳輸線可分為左手等效電路和右手等效電路， 右手等效電路可以直接用傳統傳輸線( 如微帶線) 代替， 左手等效電路的參數可以通過公式計算得到。
複合左右手傳輸線，與一般的傳輸線不同，它包含左手傳輸線和右手傳輸線的特性， 它的單元相位回響是非線性的。一種複合左右手傳輸線集總參數結構由兩截右手傳輸線和一個左手傳輸單元構成。複合左右手傳輸線的特性是輸入與輸出之間淨相移特性，在左手傳輸線頻段相位超前，在右手傳輸線頻段相位滯後，經過一段複合左右傳輸線後，總體相位偏移為零。當複合左右手傳輸線的串聯諧振和 並 聯 諧 振 相 等 時， 這 種 狀 態 稱 之 為 平 衡 狀態，平衡結構的複合左右手傳輸線可分為左手等效電路和右手等效電路， 右手等效電路可以直接用傳統傳輸線( 如微帶線) 代替， 左手等效電路的參數可以通過公式計算得到。
雙頻功率放大器的設計需要用複合左右手傳輸線代替相應的微帶線組成匹配網路，實現雙頻工作。具體方法如確定功放管在 0． 5 GHz 時最佳負載阻抗，兩節右手傳輸線( 特徵阻抗為 50 Ω) 的電長度為 37． 48°和 66． 31°， 在 1． 2 GHz 時， 最佳負載的兩節右手傳輸線的電長度為 34． 5°和 65． 93°， 分別實現 50 Ω 到最佳負阻抗的變換， 由普通右手傳輸線轉換為複合左右手傳輸線結構，實現雙頻匹配。
雙頻功率放大器仿真設計
雙頻功率放大器用ADS 軟體進行仿 真， 功 放 管 模 型 選 用MW6S010N，該電晶體在工作頻率 0． 45 ～ 1． 5 GHz內非常穩定，這一點對於射頻功率放大器是非常重要 的。 首 先 確 定 兩 個 工 作 頻 點: 0． 5 GHz和 1． 2 GHz，功放管選用柵極電壓為 2． 8 V， 驅動功率為 22 dBm，直流供電電壓為 28 V， 然後用負載牽引法和源牽引法分別獲得這兩個頻點的最佳輸入阻抗和最佳輸出阻抗。
針對不同的頻點，均使用 L 型阻抗變換網路設計匹配電路，便於用複合左右手傳輸線代替普通的右手傳輸線實現雙頻匹配。單頻功率放大器設計仿真由兩段微帶線分別組成輸入阻抗網路和輸出阻抗網路。
單頻功率放大器工作頻率為 0． 5 GHz 時，該功率放大器輸出功率為 40． 4 dBm，工作效率為 62． 2%。工作頻率為 1． 2 GHz 時， 該功率放大器輸出功率為 37． 5 dBm，工作效率為 53． 5%。
雙 頻 功 率 放 大 器 工 作 頻 率為 0． 5 GHz 時， 該 功 率 放 大 器 輸 出 功 率為 39． 9 dBm，工作效率為 55． 7% 左右。工作頻率為 1． 2 GHz 時， 該 功 率 放 大 器 輸 出 功 率為 37． 9 dBm，工作效率為 51． 3% 左右。該功率放大器採用複合左右手傳輸線構建的匹配網路實現了在兩個工作頻點的阻抗匹配， 並在兩個相距較遠的工作頻點處均實現了高效的功率放大。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壓縮現象。當處於飽和狀態時， 放大器可保持 38 dBm 左右的功率輸出， 並且保持不低於50% 工作效率。
利用負載牽引和源牽引相結合的方法求得最佳阻抗，採用複合左右手傳輸線的傳輸特性構建雙頻匹配電路，實現兩個特定頻點在同一功放管上工作的高效功率放大器。結合具體的雙頻功率放大器設計方法，給出了拓撲結構和設計實例，實現了放大器工 作 在 0． 5 GHz 和 1． 2 GHz 時 輸 出 功 率 達到 38 dBm，工作效率達到了 50% 以上， 證實了設計方法的可行性。為複合左右手傳輸線用於設計更高效的、三頻或多頻電路提供了一個構想。
雙頻 CDMA 射頻功率放大器— —AWC6323
高性能雙頻CDMA射頻 功 率 放 大 器— —AWC6323， 適用 於CDMA網 絡 制 式下的手機或網卡。AWC6323射頻功率放大器的尺寸 為 3mm×5mm×5mm， 共 有 3 種 模式狀態供選擇， 用以實現在多個通話功率級上獲得高功率效率。 其產生的 無 功 電 流 僅 為3.5mA， 無 需 使用直流—直流變換器即可直接提升手機的通話性能。 AWC6323射頻功率放大器內部集成了高性能定向耦合器， 並預置了可用於封裝定向耦合器的通用輸出埠。
AWC6323射頻功率放大器基於磷 化 鎵 銦 單 晶 、 Bi-FET、 MMIC等技術設計和製造， 具有良好的可靠性、 溫度穩定性和耐用性。 該射頻功 率 放 大 器 具 有 內 部 穩 壓 器 裝置 ，並採用 簡 化 的VCC總 線 及PCB布 線規 則 。
