射频功率放大器的设计

本科毕业设计(论文)题目用于通信系统终端的PA的设计与实现专业名称通信工程学生姓名张永祥指导教师邹昕毕业时间2016年6月毕业任务书一、题目用于通信系统终端的PA的设计与实现二、指导思想和目的要求现阶段，当代社会无线通信技术飞速的发展。在我们的日常生活中，诸如蓝牙，WiFi等无线通信技术随处可见，目前无线通信系统已经全面进入4G时代，未来又将步入5G时代。功率放大器虽然只是无线通信系统中很小的一块，然而其设计的好坏却关系着系统整体的性能，目前，世界上无线通信用户的人数逐年的递增，它的发展现在已经相当成熟。由于通信业的飞速发展，对于功率放大器我们也提出了新的要求，我们要设计出性能良好的放大器来支撑整个无线通信系统。AB类功率放大器是一个相对在效率和线性度折中的一种放大器，是功率放大器最为常用的一种形式，应用十分广泛。AB类功率放大器处在A类和B类放大器中间的位置，导通角在180°~360°这个范围。在确定放大器指标后，首先要对采用的晶体管进行直流工作点的扫描分析，以获得最佳的工作状态。完成晶体管支流扫描后，还需要对射频功率放大器电路的稳定性进行分析，以保证其工作的稳定。对于射频放大器，往往用的是在输入端进行阻抗匹配的共轭匹配，共轭匹配是一种常见的处理方法，这样做可以很大的范围内降低功率的反射，功率的反射整个电路影响非常大。另外，在输出端，我们一般用负载线匹配的方式。在真正进行放大器的操作实验时，我们会采用Loadpull曲线，Loadpull曲线可以确定匹配阻抗的阻值，让我们了解参数的范围。通过使用Loadpull，我们可以得知当最大功率输出时的阻抗点是多少。三、主要技术指标本次以一个AB类功率放大器使用ADS2009软件进行射频功率放大器的设计，设计一个指标为工作频率：900MHz；1dB压缩点输出功率：35dBm；增益：设计论文20dB的AB类功率放大器。在完成仿真后，从频谱中应当可以看到功率放大器在900Mhz时输出最大功率谱信号。四、进度和要求第二～三周了解并明确毕业设计题目和方向，完成开题报告和任务书第四～五周查找相关资料，并学习理论知识第六～七周查阅资料，学习ADS2006软件相关知识，并熟练掌握运用第八～九周定设计方案，设计原理图，提交外文翻译，完成中期检查报告第十～十一周设计仿真，分析并解决实验过程中的错误，对仿真设计进行完善第十二周对设计系统定型，验证结果及修正，对产生的数据结果进行整理第十三～十四周初步完成毕业设计论文的撰写，并检查其中的错误，对论文进行校对第十五～十六周完成论文，完成毕业答辩五、主要参考书及参考资料[1]徐兴福.ADS2008射频电路设计与仿真实例[M].北京：电子工业出版社.2009.9[2]黄瑜蓝.ADS射频电路的设计与应用.北京：电子工业出版社.2011（2）[3]车相前.基于ADS射频电路的设计和仿真.北京：人民邮电出版社.2005（4）[4]廖承恩.微波与天线技术基础[D].南京：南京邮电大学出版社.2005[5]陈亦匡.滤波器的设计[M].北京：人民邮电出版社.1945.8[6]李蓉.滤波器的设计和仿真[D].西安：西安电子科技大学出版社.2008[7]周西朗.微波技术和天线.西安：西安电子科技大学出版社.2007.5[8]陈铖颖.基于ADS软件的射频电路设计.北京：北京邮电出版社2013（11）[9]吴晥春.当代微波器的设计和应用[D].北京.北京邮电出版社.2010.6学生__________指导教师__________系主任___________西北工业大学明德学院本科毕业设计(论文)I摘要近年来随着无线通信的迅速发展，以无线电波为载体的移动通信、无线局域网等为代表的现代通信网成为了支撑现代经济的基础结构之一，功率放大器作为射频发送机前端最为重要的电路部分，在很大程度上决定了发送机整体性能，其设计的好坏影响着整个系统的性能。例如，其输出功率决定无线信号通信距离的长短，其效率决定无线通信设备电池使用时间等。本文通过运用ADS2009仿真软件，详细的介绍了设计放大器的过程，最终设计出了一个AB类射频功率放大器。本文主要内容如下：1.介绍了射频放大电路的一些基本理论，了解了一些射频电路的知识，另外介绍了一些射频电路中常见的指标，比如S参数，稳定性，史密斯圆图，传输线理论等。2.分析了功率放大器的基本原理，介绍了功率放大器的设计过程中需要哪些指标，对它们进行了解释说明，另外给出了放大器的各种分类。3.系统的介绍了如何设计一个有具体指标要求的AB类功率放器，通过利用ADS2009完成了功率放大器设计过程中一系列的操作，采用负载牵引法等多种措施完成了设计要求，然后对放大电路中的多个性能指标进行了仿真参数的优化，最终完成达到预先的设计要求。关键词：功率放大器，晶体管，负载牵引法西北工业大学明德学院本科毕业设计(论文)IIABSTRACTInrecentyears,withtherapiddevelopmentofwirelesscommunication,radiowavesasthecarrierofmobilecommunications,wirelesslocalareanetworkastherepresentativeofmoderncommunicationnetworkhasbecomeoneofthemoderneconomy,infrastructuresupport,astheRFtransmitterpoweramplifierfrontendofthemostimportantcircuitpart,toalargeextentdeterminetheoveralltransmitterperformance,thedesignqualityaffectstheperformanceofthewholesystem.Forexample,determinethelengthoftheoutputpowerofthewirelesssignalcommunicationdistance,whichdeterminestheefficiencyofthewirelesscommunicationdevicebatterylifetime.WiththehelpofthepowerfulADSsimulationsoftwarefortransistormodeling,onthisbasisforthestabilityofthetransistorwasanalyzed,usingtheload-pullmethodcombinedwiththeSmithchartforinputandoutputimpedancematchingcircuitsimulationoptimizationdesign.Themaincontributionsareasfollows:1.RFamplifiercircuitintroducessomebasictheory,fromthephysicalstructureofthepoweramplifieranalyzesthecausesoftheRFpoweramplifiernonlinearcharacteristicgeneratedanditsimpactonthecommunicationsystem,andintroducestheSmithchart,stablecircuittechnology.2.Thebasicprincipleofthepoweramplifier,poweramplifierunderstandingofclassification,introducedthetechnicalspecificationsoftheRFpoweramplifier.3.RFpoweramplifiergivesthedetaileddesignprocess,theuseofADSsimulationsoftware,tocompleteavarietyofmeasurestocompletepoweramplifierdesignprocess,theapplicationofload-pullmethodortheliketocompletethedesignrequirements,apluralityofamplifiercircuitperformancesimulationoptimization.KEYWORDS：poweramplifier，transistor，load-pullmethod西北工业大学明德学院本科毕业设计(论文)III目录第一章前言...............................................................................................................11.1课题研究的目的及其意义..................................................................................11.2国内外研究现状..................................................................................................21.3本文主要工作和内容安排.................................................................................2第二章射频放大电路设计的基本理论...................................................................42.1射频电路设计简介..............................................................................................42.2器件模型..............................................................................................................42.2.1非线性双极型器件模型................................................................................52.2.2非线性场效应晶体管器件模型....................................................................52.3传输线理论..........................................................................................................62.4史密斯圆图..........................................................................................................82.5S参数...................................................................................................................92.6稳定性...............................................................................................................10第三章功率放大器