L波段高效率F类功率放大器的研究与设计
无线设计中LNA和PA的基本原理
对性能、微型化和更高频率运行的推动正在挑战无线系统的两个关键天线连接元器件的限制：功率放大器(PA) 和低噪声放大器(LNA)。
使5G 成为现实的努力，以及PA 和LNA 在VSAT 端子、微波无线电链路和相控阵雷达系统中的使用促成了这种转变。
这些应用的要求包括较低噪声（对于LNA）和较高能效（对于PA）以及在高达或高于10 GHz 的较高频率下的运行。
为了满足这些日益增长的需求，LNA 和PA 制造商正在从传统的全硅工艺转向用于LNA 的砷化镓(GaAs) 和用于PA 的氮化镓(GaN)。
本文将介绍LNA 和PA 的作用和要求及其主要特性，然后介绍典型的GaAs 和GaN 器件以及在利用这些器件进行设计时应牢记的事项。
LNA 的灵敏作用LNA 的作用是从天线获取极其微弱的不确定信号，这些信号通常是微伏数量级的信号或者低于-100 dBm，然后将该信号放大至一个更有用的水平，通常约为0.5 到1 V（图1）。
具体来看，在50 Ω系统中10 μV 为-87 dBm，100 μV 等于-67 dBm。
利用现代电子技术可以轻松实现这样的增益，但LNA 在微弱的输入信号中加入各种噪声时，问题将远不是那么简单。
LNA 的放大优势会在这样的噪声中完全消失。
图1：接收路径的低噪声放大器(LNA) 和发送路径的功率放大器(PA) 经由双工器连接到天线，双工器分开两个信号，并防止相对强大的PA 输出使灵敏的LNA 输入过载。
（图片来源：Digi-Key Electronics）注意，LNA 工作在一个充满未知的世界中。
作为收发器通道的前端，LNA 必须能捕捉并放大相关带宽内功耗极低的低电压信号以及天线造成的相关随机噪声。
在信号理论中，这种情况称作未知信号/未知噪声难题，是所有信号处理难题中最难的部分。
LNA 的主要参数是噪声系数(NF)、增益和线性度。
噪声来自热源及其它噪声源，噪声系数的典型值为0.5 - 1.5 dB。
L波段高效率F类功率放大器的研究与设计
１ 理 想 Ｆ类 放 大 器 原 理 研 究
ｐ ｉ ｅ ｎ ｎ ｌｚ ｓｉｓｅｆｃｅ ｃ ． Ｔｈ ｉｃ ｉ ｉ ｄ ｓｇ ｅ ｎ ｅ ｔｄ ａ ｈ ａ ｄ Ｔｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｌ ｉｒａ ｄ ａ ａｙ ｅ ｔ ｆｉｉｎ ｙ ｆ ｅｃｒ ｕｔ ｓ ｅ ｉｎ ｄ ａ ｄ ｔ ｓｅ ｔｔ ｅ Ｌ ｂ ｎ ． ｅｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌ
射频功率放大器广泛应用于各种无线通信发 射设 备 中 ， 随着现 代移 动通 讯 服务 的快 速增 长 ， 对 低耗 、 效 、 积 小 的 要 求 也 迅 速 增 加 。众 所 周 高 体
知 ， Ｆ功 放 （ Ａ） 射 频 传 输 中功 之 一 。
０ 引
言
采 用 开关工 作模 式 ， 通过 降低 开关 过程 中的损耗 ， 效 率得 到 明显 的提 高 ， 理论 效 率 可 以达 到 １０ ， ０ 同时 Ｆ类 放 大器 还 具 有 结 构 简 单 、 器 件 少 、 元 易
于实 现等优 点 ， 以 Ｆ类 功 率 放 大器 已经 成 为 国 所 内外关 注 的热 点 ， 具有 很好 的研 究前 景 并 卜 。
摘
要： Ｆ类射 频功率放大器是一种新 型高效率的放大器 ， 理论效率 可以达 到 １ ０ ， ０ 在移 动通信领域 有着广
阔的发展前 景。文章 介绍 了 Ｆ类功率放大器 的电路结 构 、 工作原 理 ， 对效率 进行 了分析 ； Ｌ波段 对 电路 并 在 进行 了设计 和试 验 ， 实测结果 和仿 真结果基本吻合 ， 验证 了研究结果 的一致性 。
Ｌ波 段 高效 率 Ｆ类 功 率 放 大 器 的研 究 与 设 计
倪
（． １安徽 中移通信技术工程有限公司 ， 安徽 合肥
理 与 电子 工 程 系 ， 徽 合肥 安 ２０６） ３ ０ １
光纤放大器的研究
光纤放大器的研究摘要随着社会的不断进步，当今信息的交流正朝着高速化、复杂化、密集化方向发展，直接导致人们对信息传播的速率和质量的要求越来越高。
建立骨干全光网，全面落实推广光纤入户迫在眉睫，已成为我们在“十二五”期间的发展目标之一。
光纤通信在新时期正越发显现出他无可替代的地位，而光纤放大器因它具有易集成、高增益、低噪声和带宽广的特点，是实现全光型光纤通信的关键性部件。
目前，光纤放大器主要有三类，分别是半导体光纤放大器、掺稀土元素放大器和非线性放大器。
本文将就这三类光纤放大器逐一展开论述，特别是掺稀土光纤放大器，深入探讨有关他们的结构、工作原理、各自的特点、应用范围、实际应用情况和未来的发展方向，另外，还将就光纤放大器中的非线性光学效应作理论分析。
关键词：光纤；光纤放大器；非线性光学效应The Research of Fiber AmplifierABSTRACTWith theprogress of society，todaythe exchange of informationis moving inhigh-speed，complex，intensivedirection， a direct result oftherateandquality ofinformation disseminationhave become increasingly demanding. Backbone ofall-optical networks，the full implementation ofthepromotionoffiber to the homeis imminent，has becomeinoneofthe"Twelve Five" period ofdevelopment goals. Optical fiber communicationin the new eraisincreasinglyshowinghisirreplaceable position，thefiber amplifierbecause of itsease of integration，high gain，lownoise andwidebandwidthcharacteristics ofthecritical components ofall-opticalfibercommunication. Fiber amplifierhasthree categories，namely，semiconductoropticalamplifier，a rare earth dopedamplifiers andnon-linear amplifier. This paper willeach ofthethreetypesoffiber amplifiersdiscusses，in particular the rare earth-dopedfiber amplifier，depthabout theirstructure，working principle，their own characteristics，scope of application，the actual applicationand futuredevelopment direction，in addition，will alsothenonlinear optical effectintheoptical fiber amplifierfortheoreticalanalysis.Key Words：Optical fiber；Fiber Amplifier；Nonlinear optical effects目录第一章绪论11.1 引言11.2 课题的研究意义和主要内容2第二章光放大器概述32.1 半导体光放大器32.2 掺稀土元素光纤放大器32.3 非线性光放大器5第三章半导体光放大器73.1 半导体光放大器的发展73.2 半导体光放大器的基本结构与特性73.3 半导体光放大器的工作原理93.4 半导体光放大器的特点与应用113.4.1 半导体光放大器的特点113.4.2 SOA的应用123.5 半导体光放大器未来发展方向13第四章掺饵光纤放大器154.1 掺铒光纤放大器简介154.2 EDFA的结构与工作原理164.2.1 EDFA的结构164.2.2 EDFA的工作原理174.3 EDFA 的增益和输出功率特性204.4 EDFA的噪声特性214.5 EDFA的级联224.5.1 噪声积累和分析234.5.2 增益均衡（增益平坦化）244.6 EDFA在有线电视网中的应用254.6.1 在线放大254.6.2 前置放大254.6.3 功率放大254.7 掺稀土光纤放大器的改进264.7.1增益位移掺铒光纤放大器（GS-EDFA）274.7.2 碲基掺铒光纤放大器（EDTFA）284.7.3 铋基掺铒光纤放大器294.7.4 掺铥光纤放大器（TDFA）和增益位移掺铥光纤放大器（GS－TDFA）30 第五章拉曼光纤放大器295.1 拉曼光纤放大器的简要介绍295.2 拉曼光纤放大器的基本原理305.2.1 非线性光学效应——拉曼散射效应305.2.2受激拉曼散射的阈值特性325.2.3 受激拉曼散射的增益325.2.4 受激拉曼散射的影响335.2.5 拉曼光纤放大器基本原理355.3 拉曼光纤放大器的分类385.4 拉曼光纤放大器的特点385.5 拉曼放大器与EDFA组合使用的原因405.6 拉曼光纤放大器目前的发展状况和应用40第六章总结与展望40参考文献41致谢42第一章绪论光纤放大器是密集波分复用（DWDM）系统中的关键部件，它取代了传统光—电—光的中继方式，实现了光信号的高增益、低噪声放大。
高效率ClassF功率放大器的设计
本文为移动通信设计了一款基于 InGaP/GaAs HBT 的高效率 Class F 射频功率放大器。当电源电压 为 5V，输出功率为 37dBm 时，此时放大器效率达到 68%。本文设计的输出匹配电路，明显改善了输出匹
（下转第 38 页）
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2011·10·（总第 149 期） 31
2.Institute of RF-&OE IC, Southeast University, Nanjing 210096,China）
Abstract: A high efficiency class F RF PA （power amplifier）is realized in an InGaP/GaAs HBT（heterojunction bipolar transistor） process. The characteristics and principle of class F power amplifier is described at first, and the bias circuit, the matching network and harmonic suppression technique are focused in this paper. The measurement results exhibit that the efficiency of the PA is 68% with 37- dBm output power, when the supply voltage is 5V. Key Word: Class F; RF Power Amplifier; Harmonic Suppression; Impedance Matching
3. 2 输出匹配网络的设计
高效率GaN HEMT Doherty功率放大器设计
ｆ 漆 偿 Ｉ 翻 线 Ｉ ＜点 墼
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Ｉ 工篡设计甄配网络
作 原 理 以及 效 率 。Ｙ ｎ 。 细 分 析 了采 用 分 立元 件 设 计 ａ ｇ 详 Ｄ ｈ ｒ ｙ微波功率放大器 的过程 ，其改进 的 Ｄ ｈ ｒ ｙ结构成 ｏｅ ｔ ｏ ｅｔ 为实现 Ｄ ｈ ｒ ｙ 功率放 大器的经 典拓扑结 构。 目前 实现的 ｏｅｔ Ｄ ｈ ｒ ｙ功放在 １Ｗ时的 Ｐ Ｅ在 ４ ％ ｏｅｔ ０ Ａ ０ 左右 。使用 Ｇ Ｎ Ｈ Ｍ ａ ＥＴ 器件在输 出 ６ ｗ时效率达到 ５ ％ ０ 。采用 的改进 型 Ｄ ｈ ｒ ｙ放 ｏ ｅｔ 大器结构如 图 １ 所示 ， 由输入功率分配 网络 、 两个 放大器 （ 一 个工作于 Ａ Ｂ类的主功放 ，一个工作于 Ｃ类 的辅助功放 ） 、补 偿线和阻抗变换 网络组成 。两个放大 器的输出负载阻抗 由主 【 收稿 日期 】２ １ － ８ ３ ０ １ ０－ ０ 【 作者简介 】王方 园 （ ９ ８ ，男，安徽 淮北人 、电子科技 大学电子 工程 学院集成 电路 与 系统 系硕士在读 生，研究方向 为 １８ 一） 射频微波 电路 、高效率高线性功率放 大器。
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王方 园
（ 电子科技 大学电子 工程 学院 ，四川 成都 ６ ０ ５ ） １０ ４
【 摘 要 】为 了提 升功率放大器的效率 ，节约能源 ，响应 国家绿 色能 源的号 召；采 用改进型 Ｄｏ ｅ ｙ功率放 大器结构 ；提 ｈｒ ｔ
出一套 快速 、 准确设计 高效 率 Ｄｏ ｅｔ ｈｒ ｙ功率放大器的方法 。 于本方法 ， 用微波 Ｃ Ｄ软件设计 一个工作在 Ｓ波段 的 Ｇａ ＨＥ 基 使 Ａ Ｎ ＭＴ Ｄｏ ｅｔ ｈｒ ｙ功率放 大器。仿真显示 ，在输 出回退 ６Ｂ （ ０６Ｂ ｄ ４ ． ｍ）时 ，功 率附加 效率为 ６ ． ｄ ６４ ％，而平衡 式放 大器为 ３ ％。 ５
高效率逆F类功率放大器设计
高效率逆F类功率放大器设计逆F类功率放大器是一种高效率的功率放大器，据统计，逆F类功率放大器的效率可以达到80%以上，因此受到广泛关注和应用。
在这篇文档中，我们将介绍逆F类功率放大器的基本原理、设计步骤和注意事项。
逆F类功率放大器原理逆F类功率放大器是一种分级输出的功率放大器，其输出级的输出管VCE一般是接在负载上，输出管的CO-C1-C2组成的谐振回路称为谐振限值。
当输入信号幅度较小时，输出管工作于开启状态，在其VCE上形成几乎相等的反向电压，此时谐振回路中谐振电容C1和C2的反向电势相等，处于同相位。
随着输入信号幅度的增大，输出管的开启时间逐渐缩小，输出管的VCE上的反向电压变小，谐振电容C1和C2 的反向电势逐渐失去同相位，开始对负载产生正向电势，输出管的NF变大，电势随之增加。
当输入信号最大幅度达到时，输出管的开启时间很小（一般小于180度），此时VCE上的反向电压接近零，谐振电容C1和C2的反向电势相等，处于反相位。
因此，输出管的NF达到最大值，最大工作状态下输出管的CO-C1-C2组成了开路谐振回路。
逆F类功率放大器设计步骤逆F类功率放大器设计步骤如下：步骤一：确定基础参考点通常情况下，在逆F类功率放大器的设计中，需要先确定基础参考点，以便在后续设设计过程中方便参考。
基础参考点的选取一般考虑到芯片的集成度，以及在后续的设计过程中使用方便等因素。
步骤二：选取放大器管、负载及发射器根据设计需求，在此步骤中需要选取合适的功率管、负载和发射器。
功率管的选取需要考虑到其承受功率和频率带宽等因素，负载的选取要考虑到其工作频率和阻抗匹配等因素，发射器的选取需要考虑到其带宽、噪声系数和线性度等因素。
步骤三：计算谐振电容在第二步选取相应的负载和发射管之后，需要计算出谐振电容值，以满足放大器在设计频率下的谐振情况。
谐振电容的计算可以参考公式：C1 = 1 / (2 * π * f * (L1 + L2 - k * M))C2 = 1 / (2 * π * f * (L2 + L3 - k * M))其中，f为设计频率，L1、L2和L3分别为负载、共振腔和发射器的电感值，M为彼此之间的互感值，k为金属芯片内共振腔长度的占比。
GaN电路综述-essun
GaN功率放大器综述随着雷达等应用系统的不断演进，研制大功率、高效率、高可靠性和小型化的功率放大器模块成为急切解决的问题。
目前，此频段的高功率放大器主要是基于GaAs PHEMT、MESFET和HBT等器件设计而成。
然而，由于受到其散热和电特性方面的限制，GaAs晶体管难以在高频领域提供更高的功率密度。
进一步采用芯片级功率合成、电路级功率合成或者空间功率合成技术制作的大功率模块，不仅体积和重量受到了限制，而且其热稳定性能也受到严格的考验。
与GaAs微波功率器件不同，A1GaN/GaN HEMT被证明是最理想的功率放大器材料[1]-[3]，其拥有相当于GaAs数十倍的功率密度，减少放大器模块整体尺寸，减轻了重量；更高的击穿电压，从而在相同的栅宽下，GaN的输出功率更大；并且AlGaN/GaN HEMT的输出阻抗较大，从而降低了匹配电路的复杂性，更利于电路的匹配。
一、GaN功率放大器基本情况介绍GaN器件的研究，无论是在学术界还是工业界，都达到了空前繁盛的阶段。
美国和日本的很多大学及研究机构、商业公司，都投入了非常大的财力物力，希望在GaN市场上抢得先机，譬如UCSB、HRL、TOSHIBA、NEC、Eudyna、Skyworks、RFMD、TriQuint、Anadigics等[1]。
而代表目前GaN功率放大器最高水平的产品是TOSHIBA的14.5GHz 65.4W GaN HEMT器件，在21.0×12.9mm2封装中产生如此高频大功率，无论速调管、行波电子管还是其他固态技术（如GaAs，LDMOS）无法比拟的。
GaN功率放大器的主要目标市场包括：（1）无线基站市场；（2）WiMAX 市场：WiMAX基站要求功率放大器具备大功率、良好的线性和高效率，这些都是氮化镓技术的优势。
美国Nitronex公司和日本Eudyna公司已经能够向市场提供商业化的WiMAX基站器件了，当然这些公司同时也能够提供硅和砷化镓的器件。
UHF宽带线性功率放大器设计
天馈伺系统UHF宽带线性功率放大器设计*张晓发1,王超1,袁乃昌1,万志坤2(1.国防科技大学电子科学与工程学院,长沙410073;2.江南遥感研究所,上海200436)【摘要】针对电磁环境模拟器应用设计了一个全固态UHF波段多级宽带线性高功率放大器。
驱动放大器工作在A 类,末级放大器以三个A B类功放模块频域分段覆盖工作频段,通过控制P I N开关切换。
末级输出接低通滤波器改善谐波。
实测从400M H z~1250MH z,功放的1dB压缩点功率为25W(44dB m),二次谐波低于-40dBc,输出功率在38dB m 时双音测试三阶交调(I M3)优于-44dBc。
【关键词】超高频;功率放大器;宽带;线性中图分类号:TN955文献标识码:AD esign of a UHF B roadband L i near Po w er AmplifierZ HANG X i a o-fa1,WANG Chao1,YUAN Na-i chang1,WAN Zh-i kun2(1.Schoo l o f E lectron ic Sc ience and Technology,NUDT,Changsha410073,Ch i n a)(2.Jiangnan Re m ote Sensi n g Institute,Shangha i200436,China)【Ab stract】A mu lt-i stage UHF broadband li near h i gh pow er a m plifier(PA)is desi gned for t he app licati on as an electro-m agnetic env iron m ent si m u lator.T he dr i ve amp lifi e r opera tes i n class-A.The out put a m plifi er is co m posed of three class-A B a m-p lifiers wh i ch cover t he whole band by seg m ent and the seg m ents can be s w itched by P I N s w itchs.T he m easured res u lt sho w s the 1dB co m pressi on po i nt o f the PA i s about44d Bm(25W),t he2nd harmonic i s be l ow-40d B and the3rd order i nter m odu l a ti ond i stortion(I M3)is bette r t han-44dBc(2-tone test at38dB m output)i n the w ho le band from400MH z to1250MH z.【K ey w ords】UHF;pow er a m plifi er;broadband;li nearity0引言电磁环境模拟器是大型电子设备外场测试装置,为电子设备外场测试提供准确、复杂的空间通信信号电磁环境。
光纤通信中功率放大器非线性效应研究
光纤通信中功率放大器非线性效应研究随着科技的不断发展，人们对于通讯技术的需求越来越高，这就催生了一大批新型通讯技术产品。
其中，光纤通信技术作为一种高效、稳定、安全的通讯技术，被越来越多的人所使用和关注。
而在光纤通信中，功率放大器是一个非常重要的组成部分。
在这篇文章中，我们将关注光纤通信中功率放大器的一个重要问题——非线性效应。
1. 光纤通信的优势光纤通信具有带宽大、传输距离长、速率高、安全性高、抗干扰性强、节能环保等优势，而且波长是在可见光和红外线之间的波段，也就是说，它的通信信号是无法被人类肉眼所识别的，可以保证信息的安全性，因此在电信、广播电视等领域具有广泛应用。
在光纤通信中，信号被数字化并通过光纤间传输，在光纤到达终点之前需要进行放大处理。
而此时，功率放大器的作用就显得尤为重要。
2. 功率放大器的类型常见的光纤通信中的功率放大器有半导体光放大器、放大器阵列、广域放大器以及半导体光放大器，其中半导体光放大器最为常见。
半导体光放大器采用激光二极管做泵浦源，利用半导体材料特有的光放大效应将输入和输出放大，其放大效果比其他放大器更为优良。
不过，半导体光放大器也有一些缺点，其中最为突出的就是非线性效应。
3. 非线性效应的原因功率放大器中的非线性效应主要由光子的非线性作用引起。
在功率放大器中，放大器中的光子浓度会随着泵浦光功率的不断增加而增强，从而导致聚集效应。
当光子浓度达到一定值时，由于光子之间的相互作用，会导致局部波长切换现象，这就是非线性效应。
4. 非线性效应的危害非线性效应会导致光通信信号的形状失真，幅度和频率出现变化，从而使光信号质量下降。
因此，需要对功率放大器的非线性效应进行研究和解决，才能保证光通信的稳定性和可靠性。
5. 常见的解决方案在光纤通信中，有多种方式可以解决功率放大器的非线性问题。
其中比较常见的解决方案有以下几种。
（1）降低放大器的功率：通过降低功率来减少非线性效应的产生。
（2）使用非线性效应小的波长：使用非线性效应小的波长，比如L波段、C波段等，可以减少非线性效应的产生。
L波段微波脉冲功率放大器模块的设计方法和试验
【 关键词 】 Ｌ波段微波 ； 脉冲功率放大器模块 ； 设计方法； 试验研 究
随着科 学技 术的不 断进步 ． 原有 的脉 冲功率放 大器 已经不能达到 现代 雷达系统小 型化 、 模块化 、 集成化发展标准 ， 这 就需要 相关的专家 学 者不断对 脉冲功率放 大器进行设 计 、 试验 、 研究 ， 来适 应时代 的进 步 当前在经济 市场上 的产 品一般 是采用 Ｇ ａ 、 Ａｓ 等材料制作 的。这 种产 品在 电源 电压较低 的运行环 境下使用 效果较 为突 出 ， 然 而一遇 到脉 冲功率 运行 情况 ． 就 表现 出一定 的局 限性 ． 主 要体现 是不 能够 有效 对 电源进行 同步转 换或 者是 在 同步 ｒ Ｉ ． ｒ Ｌ的过 程 中出现漏 压现 象 为改善这一情况 ． 就需要采用 ｓ ｉ 材料 制作 的双极晶体管 来装配 放大 器模块 ． 这样 就都 能让运 行系统 保持 在 ｃ类 工作 状态 ， 即使在 电源 电压较高 或者是 脉冲带宽较 大 的运行 环境下 ． 仍然 可 以完好地 进行工作 ． 因此选用 ｓ ｉ 材料 比选 用 Ｇ ａ 、 Ａ ｓ 等材料研 制的放 大器模块 更加具有 优势 Ｌ波段微波 脉冲功率放大 器正是研究成果 之一 ， 其采 用 的晶体 管制作 材料 正是 ｓ ｉ ． 它不仅 占用 空 间较少 ． 而且 在实 际应 用过 程 中发挥相 当大 的功 能 ． 操 作简 单快 捷易 上手 ． 因此受 到广泛 的推广应 用。
进。 本文论述 了Ｌ波段微波脉冲放 Nhomakorabea器模 块的设 计方法， 并对其试验过程加 以分析 ， 在 内匹配技术的基础之上 ， 选取混合 集成 电路技术手段 ， 在 Ｌ波段和 １ ０ ０ ＭＨｚ带宽的情 况下． 设计 出 Ｇｐ不低于 １ ５ ｄ Ｂ、 Ｐ ｏ超过 ４ ． ０ Ｗ 的脉冲放 大器模块 。
L波段大功率固态放大器组件设计
在 大 信 号状 态 下 工作 时 ， 固态 放 大器 对 电源 电压 的变化 较
为 敏感 。对 于 其输 出信 号 而 言 ， 相移 、幅度 等 将 会 随 电源 电压 变 化 而 发 生变 化 ， 这 会 导致 网络 损耗 增 加 。 因此 ， 固态 放 大器
级Ｐ Ｔ Ｆ １ ０ １ ２ ５的 三 级 放 大 电路 形 式 。对 于第 三 级 而 言 ， 是 三 个 Ｐ Ｔ Ｆ １ ０ １ ２ ５ 器 件 合成 输 出。 考 虑到 合成 效率 方案 应满 足 指标 要求 ， 输 出功 率 多 超 过 ４ ０ ０ Ｗ。而 电 源控 制 电 路 能对 组 建 的 工作 状 态 做 出检 测 ， 产 生 过 温 、过驻 波 等 信 号 ， 并 将 这些 信 号 输 出 到外 部 计算 机 。
效 实现 模 块 化 ， 这 也使 得 固 态发 射 机 具 有 故 障弱 化 功 能 。 而 Ｌ 波段 大 功 率 固 态放 大 器组 件 应 用 于雷 达 预警 系 统 之 中 ， 工作 带 宽为 １ ０ ０ ＭＨ ｚ ， 脉 冲宽度 为 ８ Ｕ Ｓ ， 产 品输 出功 率也 多超 过 ３ ５ ０ Ｗ， 工作 效率 达 到 了 ３ ０ ％， 能充 分发 挥 Ｂ Ｉ Ｔ Ｅ功能 ， 并 且 可靠 性较 高 ， 能够 满 足 工 程 的急 切需 求 。对 于 该 组件 而 言 ， 在Ｔ ／ Ｒ部 分 的 应 用需 要具 有 体 积小 、重量轻 的特 点 。为 此 ， 应加 强 对 于高 效益 、 大功 率工 作 Ｌ Ｄ ＭＯ Ｓ晶体 管 的运用 。但 是该 种组 件 在应 用过 程 中 所 用技 术 难 度 相对 较 高 ， 并且 因其 结 构 较为 复 杂 而涉 及 到 一 些 新 的 问题 。 在 此 ， 笔 者将 针对 Ｌ波 段 大 功率 固态 放 大器 组 件 的 设计 问题 进行 以下探 讨 。
高效率基站Doherty功放的研究
高效率基站Doherty功放的研究陈理华;罗勇【摘要】随着无线通信系统的发展,人们对数据和信息的需求在不断的增加.功率放大器作为通信系统中最重要的模块之一,功放的性能对整个系统性能的影响至关重要.面对高速增长的移动数据业务和频谱资源短缺的威胁,高峰均比(PAR)的调制方式不断出现,如OFDM调制方式,这就对功放的线性度提出了较高的要求.为了保证信号的线性度,一般采用功率回退的方法来实现.以NXP公司的140 W晶体管为模型,在ADS仿真软件中设计对称Doherty仿真电路.设计完成的功放电路能够在6 dB功率范围内保持高效率工作.%With the development of wireless communication systems, the demand for data and information is increased. Power amplifier as one of the most important modules whose performance is essential for the overall system. To overcome the threat of rapid growth of mobile data and services and the shortage of spectrum resources, and for the appearance of modulation modes of high PAR such as OFDM modulation, for which a high requirement on the linearity of PA is put forward. In order to ensure signal linearity, the power back off method is generally used. Doherty technology can make the amplifier maintain high efficiency in a wide rang of power output.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)023【总页数】3页(P104-106)【关键词】功率放大器;Doherty;线性度;效率;负载牵引【作者】陈理华;罗勇【作者单位】电子科技大学物理电子学院,四川成都611731;电子科技大学物理电子学院,四川成都611731【正文语种】中文【中图分类】TN92-340 引言随着通信系统的迅速发展，由于无线带宽有限，而导致带宽异常紧张，各种新的调制技术，如LTE-TDD，WCDMA, 等都采用了复杂的调制方式来减少带宽的占用，在这些技术的应用中，都采用了非恒包络的调制方式，射频信号的峰均比变的越来越大，功放有了很大的输出动态范围，这就对放大器的线性度提出了很高的要求，线性度的提升往往以功率回退的形式来得以实现[1]，而功率回退必然会导致放大器效率的急剧降低。
小型高功率脉冲功率放大器的研究
动放 大器 为 ２个 内匹配 晶体 管 ， 增益 为 ３ Ｂ 中 总 ３ｄ ； 间级 功 放为 增 益 为 ｌ Ｂ的 平衡 式 放 大器 ； 级 功放 ２ｄ 末 为 输 出 功 率２ ５ Ｗ 的 ＭＯ Ｆ Ｔ功 率 管 ， 增 益 为 ０ ＳＥ 其 ２ Ｂ。 采用 功率 器件 均为 高 可靠 性 、 １ｄ 所 技术 成 熟 的商
小 型 高功 率 脉 冲 功 率 放 大 器 的研 究
解 兰， 张建增
（ 南京 电子技 术研 究所 ， 南京 ２ ０ ３ ） １ ０ ９
摘要 ： 介绍 了一种 Ｌ波段的小型 ２０Ｗ 高功率 脉冲功率放大器模块 。描述 了该脉 冲功放组件 的设计 过程 和测 试结果 ， ５ 讨
论 了直流偏置 电路对脉冲上升沿和下降沿 的影响 。该脉 冲功放在调制方式上采用 了栅极调 制和漏极调制 相结合 的方式 ，
ｓ ｕ ｔｒ ｉ ｍ ｃ ａ ｉ ｅｉ ． ｈ ｕｓｄｐ ｗ ｒ ｍｐｉｅ ａ ｒｓ ｍ ｌｖ ｌｍ ， ｏ ｄｐ ｌ ｓ ｇ ｆ ｌ ｇ ｉ ， ｉ ａ ｉｔ ａ ｄ ｔ ｃｕｅ ｎ ｅ ｈ ｎ ｍ ｄ ｓ ｒ ｓ ｎ ｇ Ｔ ｅｐ ｌ ｏ ｅ ｌ ｒ ｅｔ ｅ ａ ｏ ｅ ｇ ｏ ｕｓ ｒ ｉ ａ ｉ ｍｅ ｈ ｈｓ ｂｌｙ ｅ ａ ｆ ｆ ｕ ｓ ｌ ｕ ｉ ｅ ｉ ｎ ｌｎ ｔ ／ ｇ ｔ ｉ ｎ
用产品。
微波脉冲功率放大器模块具有功率大、 体积小 、 性能 良
好和使 用方 便等优 点 。
ｌ 脉冲功率放大器模 块设计
１ １ 系统设计 ．
为满 足实 际应 用需 求 ， Ｌ波段 ２ ０ Ｗ 脉 冲 微 波功 ５
率 放大器 模块 要求 实现 的设 计指标 ， 表 １ 见 。
一种F类宽禁带高效功率放大器的设计
２１ ０２年第 ２期
安士全 等 ： 一种 Ｆ类宽禁带高效功率放大器的设 计
１５ ７
２ Ｆ类 宽 禁 带 放 大器 的设 计
２
∞
图 １ 理 想 Ｆ类 放 大 器 电流 、 电压 波 形
压， 基次 和偶 次谐波 的总 和 近似 为半 个 正 弦 电流 形 式， 表达式 为
ｌ 网络
（）＝ ＋Ｖ ｉ ＋ ∑ Ｖ ｉ Ｏ １ｎ ０ ｓ ．ｎ ｓｎ
ｎ ＝３， ７ ５， …
（）＝Ｉ一 １ｎ 一 ∑ ， ｏ Ｏ （） ｏ １ｉ ０ ｓ 』ｓ ｎ １ ｃ
式 中 ， 。， 为 基波 的角 频率 ； 与 ， 分别 为 ｎ ０＝ ｔ 。
能是 随着谐 波抑制 增加 微带线 长度 增加 ， 损耗 增加 ，
图 ６ 输 出功 率 ／ 率 的仿 真 结 果 频
导致 功率放 大器 的效 率 增加 并 不 明 显 ， 因此 Ｆ类 功
２１ ０２年第 ２期
安士全 等 ： 一种 Ｆ类宽禁带高效 功率放 大器的设计
１７ ７
率 放 大器 的谐波 抑制 并 不 是 越 大越 好 ， 一 般 工 程 在 应用 中三次 谐波抑 制通 常可 以满 足要求 。Ｆ类 功率 放大 器实 物 图 ， 图 ９所示 。 如
次 谐波 的 电压 和 电流 。
０ ｉ －＝ ＂ Ｔ
，
理想情况下漏极效率为 １０ ， ０％ 对应的阻抗条件为
８
了ｃ（ １ｔ ａ ａｎ ｒ
０詈 ， ＝
） ＇
Ｚ１＝Ｒ １＝
丌１
，
Ｚ ０ ｎ为偶数 ； ＝ ， Ｚ ：∞ ， ｎ为奇数 （） ２ 以上 理想 的 Ｆ类 功 率 放 大 器 的工 作 条 件 可 以
2009年论文汇总
SCI
董萍（1）
Generation and transfer of quantum entangled state via spin-parity measurements
International Journal of Theoretical Physics
合肥工业大学学报
陈明生（1）
Adaptive Frequency sweep analysis for electromagnetic problems using the Thiele interpolating continued fractions
Proceedings of IEEE ICETC 2010
2009年论文汇总
作者（排名）
论文题目
刊物名称
收录情况
曹卓良（1）
Parity-measurement-based entanglement concentration
PHYSICA B-CONDENSED MATTER
SCI
曹卓良（C）
Generation of remote W-type entangled state via tripartite entanglement swapping of continuous variables
OPTICS COMMUNICATIONS
SCI
李大创（1）
EFFECT OF DIFFERENT DZYALOSHINSKII-MORIYA INTERACTIONS ON ENTANGLEMENT IN THE HEISENBERG XYZ CHAIN
INTERNATIONAL JOURNAL OF QUANTUM INFORMATION
几种常见的光放大器的比较
对几类放大器的认识在DWDM系统中，特别是超远距离的传输中，由于不可避免的存在光纤信号功率的损失和衰减，所以补偿是必要的。
现在常用的放大器有掺铒光纤放大器（EDFA）,拉曼放大器（FRA），半导体激光放大器（SOA），光纤参量放大器（OPA）。
现就这几类放大器的工作原理和特殊情况做一下说明。
1）掺铒光纤放大器（EDFA）EDFA（Erbiur Doped Fiber Amplifer）是光纤放大器中具有代表性的一种。
由于EDFA 工作波长为1550nm，与光纤的低损耗波段一致且其技术已比较成熟，所以得到广泛应用。
掺铒光纤是EDFA的核心原件，它以石英光纤作基质材料，并在其纤芯中掺入一定比例的稀土原素铒离子（Er3+）。
当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时，Er3+从低能级被激发到高能级，由于Er3+在高能级上寿命很短，很快以非辐射跃迁形式到较高能级上，并在该能级和低能级间形成粒子数反转分布。
由于这两个能级之间的能量差正好等于1550nm光子的能量，所以只能发生1550nm光的受激辐射，也只能放大1550nm的光信号。
EDFA的组成：工作原理图：那么，EDFA的输出公路车是如何控制的呢？一般来说,EDFA的输出功率与输入信号光强度，铒纤的长度以及泵浦光的强度。
在EDFA使用的过程中，一般要控制好EDFA的平坦增益，那么不平坦的增益和平坦增益有什么区别呢？平坦的输出增益会使EDFA放大的输出功率得到一个稳定的信号增益。
如何控制增益？增益的控制室有2种选择的，一种是掺金属元素，另外一种是GFF定制，所谓的掺金属元素是值得是掺杂金属铝元素。
有上图可以知道，掺铝的金属元素的EDFA在增益的控制上明显要比不掺铝的EDFA平坦的多。
需要注意的是：EDFA在放大信号的同时也放大了噪声，而噪声主要来自EDFA的自身受激辐射，是主要的噪声源，也是系统OSNR劣化的主要原因。
放大器产生的自发辐射噪声功率为：PASE = -58 + NF + G （dBm）其中NF为光放大器噪声系数（dB）、G为光放大器的增益（dB）除了放大功率之外，还有几个量也是EDFA中比较重要的，了解他们，有助于在EDFA 故障中的维护定位：作电流：也称作偏置电流，其决定着放大板的输出光功率。
光放大器的分类,特性和应用
光放大器的分类,特性和应用2000年9月第3期现代有线传输一光放大器的分类,特性和应用李永武/7(信息产业部北京邮屯鼋北京100035)●【摘要】本文对目前处于商用阶段和宴验室阶段的光放大器的分类进行说明并简要丹绍各种光放大器的特性和应用.关键词:光放大器分类1概述近年来,掺铒光纤放大器(EDFA)技术迅速成熟.带动了多种新型的光纤放大器走向市场化.同时也刺激了多种光纤或非光纤型的光放大器在实验室中的研制开发.ITUT,IEC等国际标准组织正在对各种光放大器(OA)的特性和应用等进行标准化,ITUTSG15已经制定了关于oA的G.661,G662,G663建议,但主要是关于EDFA的建议.随着各种OA技术的成熟和市场的需求.还将制定一些新的建议或对已有的建议进行补充修改.本文将介绍对商用的和仍处于实验室阶段的光放大器的科学的分类,便于区分各种光放大器的特点同时对各种光放大器的特性进行简要的描述,重点介绍其属性,性能和应用.通常.光纤放大器可以按其荧光搀杂物和光纤主体来进行分类.本文介绍的是根据搀杂物来分类的方法.例如:目前市场上使用最多的是掺铒光纤放大器(EDFA),同时铒也可以搀杂在其他光纤主体中,氟和碲也可搀杂或联合搀杂在硅光纤中.随着铒通带的传输容量迅速饱和,人们更热哀于寻找其他类型的光纤主体,可以提供铒通带外的光增益.这些新型的光纤放大器与EDFA共同使用,将提供l50 nm到200nm范围内的低损耗通带,以利于未来的高速大容量的传输系统.收稿日期t2000—08～2z—-20——所有的光纤放大器都需要用泵浦源使光子受激辐射,但半导体光放大器是采用电流注入到不同注人方式的半导体复合物中而使光子受激辐射.其他非基于光纤主体的光放大器.例如掺硅的平坦波导和搀杂聚合物的平坦波导也已经取得了很好的进展,达到了实用的水平基于上述技术的新产品已经开始出现,并使用了诸如POW A,PWOA,和EDWA等缩写词,在本文的光放大器分类表中将列出这些新的缩写词.毫无疑问,今后将有其他新型的光放大器和新的缩写词出现在分类表的清单里.2光放大器的分类和缩写r—OFA()^——一L-0WGA一+EI)FAL+EYDFA一一PDFAL?1DFAS()AL,EDWA—DSFA———...L—一I~)FFAL—ED1FAEYDSF^PDFFA1uFF^第3期李永武:光放大器的分类,特性和应用其中:OA(OpticalAmplifier):光放大器0FA(OpticalFibreAmplifier):光纤放大器EDFA(ErbiumDopedFibreAmplifier):掺铒光纤放大器EDSFA(ErbiumDopedSilicaFibre Amplifier):掺铒硅基光纤放大器(就是通常的EDFA)EDFFA(ErbiumDopedFluorideFibre Amplifier):掺铒氟基光纤放大器EDTFA(ErbiumDopedTelluriteFibre Amplifier):掺铒碲基光纤放大器EYDFA(ErbiumYtterbiumDopedFibre Amplifier):掺铒镱光纤放大器EYDSFA(ErbiumYtterbiumDopedSilicaFibreAmplifier):掺铒镱硅基光纤放大器PDFA(PraseodymiumDopedFibreAmplifier):掺镨光纤放大器PDFFA(PraseodymiumDopedFluorideFibre Amplifier):掺错氟基光纤放大器(就是通常的PDFA)TDFA(ThuliumDopedFibreAmplifier):掺铥光纤放大器TDFFA(ThuliumDopedFluorideFibreAmplifier(alsoknownasTDFA)):掺铥氟基光纤放大器(就是通常的TDFA)FRA(FibreRamanAmplifier):拉曼放大器OWGA(Optica1WaveGuideAmplifier):光波导放大器SOA(SemiconductorOptiea1Amplifier):半导体光放大器EDW A(ErbiumDopedWaveguideAmplifier):掺铒波导放大器(也称POWA)3光放大器的工作频段市场上首先使用的是掺铒光纤放大器(EDFA),工作在硅光纤的1550nm低损耗传输窗口.虽然EDFA在l528～l563nm段有近35nm的光通带,但在通带内增益不是根平坦早期的放大器是窄带单波长放大器,使用其l533nm到1557 nm增益窗口的增益峰值.随着WDM的发展. EDFA在1540nm至1563nm的固有平坦增益区域更适用于多通道的应用.这个平坦增益区域称为红带,一般是指18到23nm的带宽.而EDFFA的研究,更注重于较EDFA的红带更为平坦的增益特性,这将使EDFFA适用于更多的WDM通道.随着增益平坦滤波器技术的引入. 可以使EDFA的增益峰值更为平滑,特别是在1533nm附近,将使EDFA具有与EDFFA相同的平坦增益,因而EDFA同样适用于多通道的wDM EDFA加滤波器的解决方案是目前产品中较为通用的方案.C波段放大器适用于常规波段,C波段内1528nm到1540nm这一区域也称为蓝带.红带和蓝带的精确界限一般由制造商界定通常其边界在铒通带的中心即1545nm近年来,利用高功率,低成本的泵浦技术,铒通带的长波长区也可投入实际的应用中,从而开发了一个新的使用窗口.这个窗口位于1570nm到1620tim频带内.因为位于较C波段更长的波段内.因而称之为L波段.通常也日E波段,即扩展波段的意思.而C波段和L波段统称为铒通带使用新型材料的EDTFA可以给出从1530nm到1620tim的带宽内连续平坦增益的工作窗口.同样包括了EDFA所能提供的c波段和I,波段. TDFFA与EDTFA类似,都是采用新型材料的光纤放大器,不同的是,TDFFA开发了从l450tim到1480tim的工作窗VI,这个频段通常称之为s波段.最近的研究结果表明,使用新型材料也可以获得从1480nm到1528nm的工作窗口,这个窗口一般称之为增益位移的s波段.一些资料中也称从1450nm到1520nm这段为s波段.而包层中含有铽离子的掺铥光纤可获得超出L波段即l650tim区域的增益效果.在l550nm传输窗口之外,PDFFA可以提供l310nm传输窗口的光增益,如同拉曼放大器和半导体光放大器一样SOA和简易的单泵源的拉曼放大器,都可以提供约30tim的增益频段对于SOA而言,增益窗口的中心波长受半导体材料特性限制.对于拉曼放大一2】一现代有线传输器,则受限于泵源的波长和光纤的斯托克位移(Stokeshiltofthefiber).有资料显示,多泵源的拉曼放大器可以获得高达100nFll的增益带宽.原理上两种放大器都可提供任意硅光纤传输窗口的增益,目前的数据仅限于1550nm和l310nm窗口.下图说明光放大器的工作窗口和波段.《蜷要}ll可以工作在I3I和I55微米窗口的FRA可工作在l3I和I55微米窗口的SOA4掺铒光纤放大器4.1掺铒硅基光纤放大器(EDFA或EDSFA)41.1概述EDFA的概念于1985年第一次提出.当时传统的无中继系统已接近了其性能的顶峰南安普顿大学的一个研究小组研究发现.某种光纤可以在1550 nm波长附近获得光增益.这些特殊的光纤掺有稀土元素,可由低功率的可见光激励形成粒子数反转.由于操作的便利性.特别是在低损耗及应用于l550nm这个电信应用的窗口附近,使EDFA倍受光纤通信领域注视4.1.2EDFA基本特性通常EDFA可以由多个波长的泵源来激励,一般多用980llln和1480nlTl波长的泵源.可一22一以获得从l520nF1).到l625nm波长范围内的光增益,虽然长波长部分尚未由各种实体最终实现.一个典型的掺铒光纤放大器由单模掺铒光纤,泵浦源,用于混合信号和泵浦功率的WDM器件,输人输出端的隔离器等组成.铒原子有很多能量级别.但是只有一小部分能量级用于通信系统的光放大作用.包括基态和亚稳态.高能级的变化体现为可见的和紫外的光谱区域. 无助于EDFA的应用.下图a为简略的EDFA能量级图.图b为EDFA使用的主要能量级.EDFA的光增益与偏振无关,可以抑制通道间的串音.同时具有高饱和的输出功率及很低量级的噪音EDFA可以同时放大其工作波长区域内的小信号,其工作波长区域根据其设计结构不同而变化.EDFA工作的l550nF1).区域正好是硅光纤的最低损耗区域.而EDFA只引人了dB级的噪音系数.因此可以支持更高的通道数.EDFA极大地提高了光传输系统的容量.同时降低了系统的成本.今后的发展方向是探索各种主体材料,搀杂物和光纤设计,以达到更优化的放大器特性.例如泵浦效率和光谱带宽特性.4.1.3EDFA特性EDFA可以提供约50dB或更高的增益和dB数量级的噪音系数,输出功率大于30dBm,在l4nm的带宽范围内增益变化小于0.2dB.增益,噪音系数,输出功率,功率转换效率以及工作频段内的增益变化是描述EDFA特性主要的光学参数.上述的参数只有在不同的工作条件下才能达到理想中的最优化.1l530.1560nFfl【.咖第3期李永武:光放大嚣的分类,特性和应用对于高饱和的放大器,较好的噪音性能需要很高的反转均值,而较低的反转水平才能提供最好的功率转换效率一些增益平坦技术也会降低噪音性能和功率转换效率.在商用系统里.通常需要较好的性能参数,同样也需要各种参数的折中选取.任何放大器的设计都需要综台考虑各种参数的利害关系. 根据应用的系统情况来选取台适的参数.掺铒光纤是EDFA的核心.EDFA的各种特性参数都与其光谱特性有直接的关系.4.1.4EDFA应用EDFA对光通信领域,特别是在长途光通信系统中有极其重要的作用.一般用做发送机的功率提升,在线放大以及接收机预放大.随着EDFA技术的成熟,将提供更好的性能和更新的功能,包括加强增益平坦程度,双向迢信功能,光分插及光交换功能等等.放大器的使用,将使光通信网络从点到点的应用向复杂光阿络的应用转变.4.2掺铒氟基光纤放大器(EDFFAs)4.2.1概述常规的EDFA在全波段wDM系统中受到严重的限制,主要是因为EDFA光谱增益的不均匀性.由于氟化材料中铒离子不同的光学作用.氟化光纤放大器较常规EDFA有更好的增益平坦特性.4.2.2EDFFA基本特性1975年第一次实现了氟锫酸盐玻璃的研制,由此在1981年产生了ZrF一BaF2IaF3一A1FNaF; (ZBLAN)系统的定义.之后大量的实验工作表明, 这种材料可以应用于传输系统中不同波长的光放大.光纤主体环境和光子能量引起了受激光光谱特性的变化,这是基于硅光纤和基于氟光纤的放大器的主要差别因而EDFFA较EDFA具有更宽更平坦的增益谱线.在ZBLAN玻璃中的光子能量,比在普通硅玻璃中的光子能量要低得多.由于泵源受激状态吸收(ESA)的影响,在ZBIAN中能量级I,:的寿命很长,不足以产生有效的980nm波长的泵浦作用但就1480nm附近的泵浦作用而言,EDFFA与EDSFA可以获得相同的增益,输出功率和噪音性能.除了光纤接头外,EDFFA与EDFA的结构相当类似.这是因为ZBIAN与硅光纤是不能接在一起的,第一,硅光纤的熔接温度需2300K,而ZrF的蒸发温度只有900K.第二,两种材料的扩张系数差别很大,因此,采用机械接头的方法,才能将搀杂光纤与具有较高的数值孔径(NA)的硅光纤接续在一起.从而获得近似的模场直径,高数值孔径的硅光纤与普通硅光纤依次通过热熔接接在一起.42.3EDFFA应用EDFFA可以用做功率放大器,在线放大器和预放大器,同样适用于单通道系统和多通道系统应用多通道适用时要优化输入功率,增益平坦度及输出光谱.与EDSFA相比.在多通道系统中,EDFFA 可以获得较平坦的增益而不需其他附加设备.其突出的优点是可以开发更宽的波段,包括C波段和I 波段,更适用于大容量的WDM系统有材科表明.在传统单模光纤上采用7个EDFFA,可以在24am带内传输16×10Gb/s(中心波长1636.61ilm～1560.61nm)系统531公里而采用两级放大,增益平坦的混合EDFFA【硅/氟化光纤),使用DCF技术.可以在25am带内实现32×10Gb/s500公里以上的传输.4.3掺铒碲基光纤放大器(EDTFAs)43.1概述碲化玻璃是一种折射率高达2的氧化材料EDTFA具有比EDSFA和EDFFA更大的放大频带此外,EDTFA具备其他光纤放大器的特性.诸如偏振无关,低噪音系数和高饱和功率等等.4.3.2EDTFA基本特性EDTFA的放大机制与EDFA类似.是基于铒离子从I,级到I级的受激辐射.光特性方面,掺铒的碲化破璃的特殊性在于:2左右的高折射率,允许比常规硅玻璃更大的受澈辐射断面.在15304l580nm波长区域的横断面是常规硅玻璃的1.3 倍,在1600nm附近更高达2倍.根据理论, EDTFA的长波长区要比EDFA和EDFFA分别向外延伸7ilm和9nrrl.掺铒碲光纤是用特殊方法制造的,其1200Dill波长区域的背景衰耗小于30dB/km.接续碲光纤和硅光纤时,要采用倾斜的v型槽技术,可以获得较低的插入损耗和反射,典型值分别为0.3dB和小于一0dB一23现代有线传精2000正43.3EDTFA特性EDTFA的泵浦涟长可使用980nm和14gOnm,使用前者可以轻松获得较低的噪音特性在l530nm～l610nm宽带使用时,EDTFA在l560nm附近有一个高增益峰值EDTFA与EDFA的增益曲线在1580nm附近略有不同但在长波长一侧,EDTFA有稍宽的增益窗口,在156O～1610nm问50nm的通带内,EDTFA的增益变化为l0,而EDFA要达到这样的增益变化,其通带仅为38nm.因此,EDTFA适用于多级放大结构中,在中间辅以增益均衡技术,以获得高效的宽带放大应用.4.3.4EDTFA应用EDTFA的应用同EDFA.EDTFD可以在波长区域为l530nm至1620nm范围的模拟和数字光链路中使用.EDTFA同样可以用做功率放大器,在线放大器和预放大器.资料显示.一套3Tb/s(160Gb/s×19)的WDM传输系统已使用EDTFA作为BA,采用1580nm工作通带EDTFA的10Gb/s系统进行了无误码实验4.4掺铒镱硅光纤放大器(EYDFA)EYDFA使用联合搀杂技术,可以达到相当高的输出功率,同时具有较低的噪音系数.EYDFA主要用做功率放大器,但由于工作通带的限制.多用于CA TV系统中.5非掺铒光纤放大器5.1掺镨光纤放大器(PDFFAs)PDFFA是应用在1300nm波长范围的光纤放大器.同其他类型的光纤放大器相比,PDFFA的主要特点是高的饱和输出功率,以及与偏振无关的光增益,低失真.低噪音系数等等,主要应用于l300 nm的传输系统例如CATV等5.2掺铥光纤放大器(TDFFAs)TDFFA是一种146Onm和1650nm双波长区域的光纤放大器,主要特点是高的饱和输出功率,光增益与偏振无关,低噪音系数等等.TDFFA的应用与EDFA相同,适用于1450—24一~lTD.到1500nlJ1区域的光模拟和数字链路中,可以用做BA,LA和PA.目前已有采用TDFFA和EDFA进行3波段光传输的使用经验.6拉曼放大器(FRAs)6.1概述1928年,C.V.Raman发现了自发拉曼教应.但直到1972年RH.Stolen才第一次报道了硅光纤中的受激拉曼散射.之后由于FRA的低噪音特性被广泛深入的研究,最初拉曼放大器需要较高的泵浦功率,只有高功率的脉冲泵源才能获得足够的功率去泵浦拉曼放大器.固EDFA的出现.曾一度放橙了对FRA的研究.最近由于带宽的需求,FRA的优势又显现出来.拉曼放大器不依糊于原子荧光,只要具备高功率的泵源,能适用于任意的波长范围高功率连续渡二极管激光器的发展,又刺激了FRA 在铒通带以外范围的光增益功能另外一个原因是使用拉曼放大器可以延伸传输系统中EDFA之问的距离.6.2FRA基本特性FRA与EDFA的放大机制是不同的,EDFA依靠铒原子的荧光,FRA利用较弱的非线性散射获取增益.6.3FRA应用同EDFA相比.FRA虽然有诸多的缺点,但FRA技术的发展很快.由于带宽的需求增长很快,适用于任意波长的FRA将起到越来越重要的作用.已有在2.5Gb/s速率,1.3gm,1.4gm和1.5～1.6m窗口使用不连续的拉曼放大器的经验不连续的FRA可以提供超过[00nm带宽区域的光增益,采用多个泵源可以获得20dB以上的增益.此外拉曼增益还可以作为色散补偿模块使用.7半导体光放大器(SOAs)近些年来.SOA技术已足够成熟,已经可以生产大规模的可靠产品.其低噪音,高功率,增益与偏振无关的特性使SOA成为现代通信系统中的组成第3期李水武:光放太器的分类特性和应用部分SOA虽然技术发展很快,但目前仅作为OFA的一种*bYg.SOA主要适用于性能要求不高,成本很低的光链路中,例如城域阿或接入网.8掺铒波导放大器(EDWAs)子实现光放大.其主要特点是小型化和低成本目前已进入商用阶段.由于其中等的增益和有限的饱和功率,限制了EDW A在高性能需求范围的应用但它低廉的成本同样具有竞争力参考文献1ITUTSG15TD-022(WP4,15)Agri[2000EDW A基于集成光波导技术,搀杂稀土元素离2韦乐平光同步数字传送网?jE京:^民邮电出版社?.一一_-一…_-●.hh_●,一'L●_L●__Lh__L''._h____^一h一hh_hh_^hh_h'__'h_''h''{_h__hhh(上接第12页)导率应不大于100~s/'cm}c)发烟浓度:光缆燃烧时产生的烟雾应使透光率不小于j0在本文的第4节中,已论述了对于室内光缆阻燃性能的试验方法有单根燃烧试验(包括垂直燃烧,水平燃烧和倾斜燃烧,其中垂直燃烧比水平燃烧和倾斜燃烧更严格)和成柬燃烧试验.显然,成束燃烧的试验条件是最严格,最苛刻的,根据经验,如果成束燃烧试验合格则单根燃烧试验也一定合格.依据我们对室内光缆阻燃性能的研究,认为室内光缆燃烧性能宜是阻燃级.即宜采用成柬燃烧试验进行验证;但是对于室内光缆中的软线室内光缆因其在大多数情况下是单根使用的,故也可以是不延燃级即采用单根垂直燃烧试验进行验证即可.(上接第19页)参考文献1CFLamandE.Y aⅡ10…LtchMULT【WAVELENGTH OPTICALCODED1VIS1ONMULTIPLEXING2曹志刚.钰亚生现代通信原理北京:清华大学出版社3CedricFLam?RutgeTVrijen—dennisTKTong.Experimenta[ DemonstrationofpeetraIlyEncoded4张宝富.朱勇李王枉光纤扩频通信系统中光编码器的研究通信199875薛采网.非景韶.光纤码分多址技术研究.上海盘大学撤.199611 6CedricFLain—MingCWu.DennisTKTongExperimental Demom~lrationofBipolarOptiea[CDMASystemUsing日BalancedTransmitterandComplementarySpectra[Encoded7扬卫先,林须端编码密码学北京人民邮电出版牡.1g92128胡健栋帮朝晖等码分多址与十人通信北京:^民邮电出版社此外,燃烧试验与实际火灾情况是有差异的,并不能完全反映实际火灾中的情况.这些试验仅仅是在特定试验条件下进行的,它们只不过准确地模拟了在实际中几乎不存在的情况,它们反映的是在特定试验条件下室内光缆的燃烧性能.为了更接近实际火灾的情况,我们还需进一步地探讨室内光缆的燃烧试验方法及其燃烧性能要求.参考文献1GB12666.1～12666.790电线电缆燃烧试验方法2YD,"T898—1997单芯光缆3胡先志,邹林森刺有信等光缆及工程应用第2版北京:^民邮电出版社.19988:12O～1214YD/TXX××-200×.室内光纤带光缆L征求意见稿)l9§6109段洪玺全光阿络把码分复用通信关键技术的研究中山大学博士学位论文1998年4月1cKBenLettaief+Theper[ormanceofOptiealFibreDirectS,equeneeSpread—SpectrumMuhip[eAccessCommunications Syst㈣IEEETransactions0nCommunications.V0l_43NO11November1995111W.BandDGMCruiekshanklmprovlngthec日padtyof CDMAsystemsusingeonvolutionalcodingandinterference canceliadanIEEEProcCommunV o1.145.N033une109812JawadASalehi—MernberrIEEECodeDivisionMuLtipleAccess TeehniquesinOFtica]FibreNetworks—PartI_Fundamenta[ PrinciplesIEEETransactions0ncommunicationsV ol37Na8 August1989i3JawadA.SalehiMember.IEEEandCharlesABrackett. MemberIEEE.CodeDivisionMuLtIple—AccessTeehniquesin OpticalFibieNetworks-PartII.PerformanceAnatysis.]EEETra~acdonsoncommunieationsV o[37No.8August198925。
L波段高效率射频功率放大器的设计与仿真
L波段高效率射频功率放大器的设计与仿真作者：杨小川来源：《数字技术与应用》2014年第11期摘要：射频功率放大器是无线通信系统中的重要组成部分，其工作效率直接影响着整个系统的耗能、稳定度和对电源散热装置的要求，提高射频功率放大器的效率，能够节约能源，降低功耗，因此实现射频功率放大器的高效率工作是目前射频功率放大器领域的热点问题之一。
本文选用Freescale晶体管MW6S004N，借助ADS2013软件，采用负载牵引技术和源牵引技术得到最佳负载阻抗和最佳源阻抗，并用Smith圆图进行电路的匹配设计，对射频功率放大器进行了仿真和优化。
仿真结果表明，在频率为1960MHz的L波段，输入功率为21dBm时，射频功率放大器的输出功率大于36dBm，功率附加效率大于50%。
这种高效率射频功率放大器适用于WCDMA基站，对基站中高效率功率放大器的设计有着重要的参考价值。
关键词：射频功率放大器 L波段高效率 ADS2013中图分类号：TN432 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）11-0176-06Abstract：RF power amplifier is an important component of wireless communication system，Its efficiency directly affects energy consumption ， stability of the whole system and the requirements for power cooling unit.Improve the efficiency of RF power amplifiers can save energy，reduce power consumption， so high efficiency RF power amplifier is the mainstream. In this paper， we select the transistors MW6S004N of Freescale， through ADS2013 software， using load-pull technology and source-pull technique to get optimum load impedance and optimum source impedance， and use the Smith chart to match the circuit design， Finally， simulation and optimization the RF power amplifier. Simulation results show that at the frequency of 1960MHz in the L-band， the input power is 21dBm， the RF amplifier output power greater than 36dBm， the power added efficiency greater than 50% .get a high efficiency RF power amplifier that used for the base station of WCDMA. Therefore， this method has important reference value to design high efficiency power amplifier that used for base station.Key Words：RF power amplifier； L-band； High efficiency；ADS20131 引言射频功率放大器作为发射机最重要的部分之一，它的性能与整个通信系统的性能息息相关，射频功率放大器位于发射机的末端，在整个系统中耗能最多，产热最高，若它的效率过低，不仅很大程度上浪费能量，而且散热问题也将会导致系统的使用寿命缩短[1]。
L波段EDFA的仿真和实验
L 波段EDFA 的仿真和实验邓 韬,黄德修(华中科技大学光电子系,湖北武汉 430074)摘要:文章介绍了L 波段掺铒光纤放大器(EDFA )的理论模型,并根据L 波段EDFA 的实验结果对理论模型进行了验证,实验结果和理论分析相吻合.关键词:L 波段;掺铒光纤放大器;仿真;激发态吸收中图分类号:TN72 文献标识码:A 文章编号:1005-8788(2003)05-0073-03Simulation and experiment of L 2band EDFADENG T ao ,HUANG De 2xiu(Dept.of Optoelectric Eng.,HUST ,Wuhan 430074,China )Abstract :In this paper ,theoretical model of L 2band EDFA is presented ;some L 2band EDFA experimental data are also given.Analysis shows that theoretical data conform with the experi 2mental results.K ey w ords :L 2band ;EDFA ;simulation ;ESA 随着计算机网络及其它新的数据传输业务的飞速发展,进一步提高通信容量,已成为光通信领域研究的热点.开发新型超宽带光纤放大器,充分利用光纤丰富的通信带宽资源,被公认是提高光通信容量最有效的方法之一.在C 波段掺铒光纤放大器(ED 2FA )被广泛应用之后,开发出L 波段乃至S 波段的光放大器将具有十分重要的意义.本文着重讨论了L 波段EDFA 的有关问题.1 L 波段EDFA 的基本原理C 波段EDFA 的工作波长一般在1530～1565nm ,对应于Er 3+离子4I 13/2→4I 15/2能级跃迁的发射.研究发现,通过控制掺铒光纤(EDF )的长度,使铒离子的粒子数分布反转稳定在较低的程度,可实现L 波段的光放大,称为L 波段EDFA (或GS 2EDFA ,G ain 2Shifted EDFA ).其增益谱虽然位于4I 13/224I 15/2能级跃迁辐射的带尾,吸收和发射系数小,但是增益平坦;L 波段EDFA 的另一大优点是和色散位移光纤(DSF )一起使用基本上没有四波混频(FWM )的问题.由于低的粒子数分布反转度和低的吸收、发射系数,L 波段EDFA 中需要的EDF 比较长.光纤长度的增加使光纤的损耗随之增加,另外较小的吸收和发射截面将导致后向放大自发辐射(ASE )噪声的积累,消耗了泵浦功率,同时也降低了放大器的粒子反转度水平,使噪声指数(NF )增大.解决这些问题的一种办法是采用一定长度的高掺杂、低损耗的EDF.Liekki 公司报道用12m 直接纳米粒子沉积(DND )工艺掺铒光纤,在235mW 的混合泵浦功率泵浦下,获得了L 波段45%的量子转换效率(QCE )和低于3.5的NF.采用这种解决方案的L 波段ED 2FA 具有降低光纤中FWM 等非线性效应,降低光放大器的偏振模色散(PMD )等许多优点[1].2 L 波段EDFA 的模型EDFA 的放大过程可用均匀展宽的二能级模型来描述[2].将EDF 中传播的光(包括抽运光、信号光和放大自发辐射光)在频域上划分成中心频率为νk ,光束带宽为Δνk ,沿+z 方向和-z 方向传输的光束,则第k 级信号光束的增益由下式给出:G k =exp [(a k +g 3k )N aν2-(a k +l )L ].(1)式中,N aν2=1L∫LN2(z )d z 为整根光纤中的平均粒收稿日期:2003203226作者简介:邓韬(1976-),男,湖南零陵人,助理工程师,硕士.372003年 第5期(总第119期) 光通信研究STUD Y ON OPTICAL COMMUNICATIONS 2003(Sum.No.119)子反转度;a k 和g 3k 分别为吸收系数和增益系数;l为光纤的本征损耗;N 2(z )定义为上能级Er 3+离子的线密度n 2(z )与掺Er 3+离子线密度n t 之比;L 为EDF 的长度.和常规的C 波段EDFA 的数值计算相比,L 波段EDFA 的数值仿真需考虑信号带激发态吸收(ESA )效应,它主要影响1600～1700nm 波长,此时需对式(1)作如下优化:G k =exp [(a k +g 3k -a ESAk )N aν2-(a k +l )L ].(2)式中,a ESA k为激发态吸收系数.分析式(2)可知ESA 效应将削弱信号增益.采用优化后的式(2)进行数值仿真可以大大减小1600nm 以上波长的数值计算的误差.NF (单位为dB )由下式得到:N F =10log 1G +S out (λs )Gh ν-S in (λs )hν.(3)式中,S out (λs )为输出光谱在信号光波长处的ASE 光谱密度(单位:W/Hz );S in (λs )为输入光位于信号光波长处的ASE 光谱密度.3 设计和验证我们根据图1所示的两种光学结构对上述的数学模型进行了验证.图1 两种光学结构示意图图中的波分复用器(WDM )和隔离器(ISO )均采用L 波段器件.图1(a )采用熔融拉锥WDM.图1(b )采用介质膜型WDM 并和ISO 做成组件.实验中采用高掺杂/低损耗的EDF ,以减少所需光纤的长度,同时降低吸收损耗和后向ASE 能量的积累,提高L 波段EDFA 的性能.实验中结构I 和结构Ⅱ采用的EDF 长度均为13m.测试框图如图2所示.图中,可调谐光源(TL S )的输出功率为0dBm ,波长从1565～1610nm 按步长为5nm 变化,L波段EDFA 的输出进入光谱仪(OSA )进行增益测试.同时对1568、1570、1585和1605nm 等波长处的NF 进行测试.图2 测试框图我们把实验数据和仿真结果进行了对比(增益比较结果见图3,噪声指数比较结果见图4),数值仿真中使用的EDF 长度及泵浦功率大小和实际测试时完全一致.图3 使用两种结构的增益比较结果分析图3(a )、(b )不难发现,优化后(即考虑ESA 效应)的增益仿真数据和实测数据吻合较好.考虑ESA 效应和不考虑ESA 效应的增益仿真值在短波长(1568nm )附近吻合较好;在长波长部分(1610nm 附近),考虑ESA 的增益仿真结果比不考虑ESA 的仿真结果偏小.这是因为信号带的ESA 效应在短波长附近比较微弱,但在长波长(1610nm )附近逐渐增强.分析前面给出的公式(1)、(2)不难得出,它会使放大器的增益降低.ESA 效应对L 波段EDFA 信号放大的这种削弱作用在47光通信研究 2003年 第5期 总第119期结构I 和结构II 的比较数据中都得到验证.图4 使用两种结构的噪声指数比较结果 分析仿真的NF 数值(图4(a ))、(b ))可知,优化后(即考虑ESA 效应)的NF 的仿真数据和实测数据吻合较好.考虑ESA 效应和不考虑ESA 效应的NF 仿真值在短波长(1568nm )附近吻合较好;在长波长部分(1610nm 附近),考虑ESA 的NF 仿真结果比不考虑ESA 的仿真结果偏大.这是因为不考虑ESA 时的仿真结果在长波长附近的增益会偏大,而此时输出信号波长处的ASE 光谱密度S out (λs )变化不大,结合NF 的定义式(3)可知,在不考虑ESA 的情况下,仿真的NF 偏小.4 结束语本文介绍了L 波段EDFA 的基本原理,给出了它的理论模型,指出在L 波段EDFA 设计和制作过程中应该考虑ESA 问题.文中给出的两组L 波段EDFA 的实验数据验证了理论分析的正确性.参考文献:[1] Tammela S.Very short Er 2doped silica glass fiber for L 2band amplifiers [A ].OFC2003[C ].Atlanta ,G eorgia ,USA :G eorgia World Congress Center ,2003.1:3762377.[2] Randy C G iles ,Emmanuel Desurvire.Modeling erbium 2doped fiber amplifier [J ].IEEE J.LightwaveTechnology ,1991,9(2):2712283.(上接第62页)3001C B TS ;天线选择:双向天线或定向天线;基站类型:全向O2;天线架设:建议采用双水泥杆、桅杆;基站安置:直接挂杆;传输:光纤、微波;电源:220V 交流.(4)解决地形平坦内陆地区或海面的大范围覆盖的方案基站选择:具有广域覆盖功能的大功率诺基亚基站UltraSite Midi TM B TS ;天线选择:高增益定向天线;基站类型:要同时考虑容量,进行合理配置;天线架设:自立塔;基站安置:塔下简易机房内;传输:光纤、微波、卫星;电源:需要开关电源.参考文献:[1] L Canning.Evolution of the base station [J ].Mobile Commun.Int.,1999(64):24226.[2] 王磊.无线网络优化工程和测试代维方面的市场潜力分析[J ].华为科技,2002(2):12217.57邓 韬等: L 波段EDFA 的仿真和实验。
f类功放原理
f类功放原理F类功放（Class F Power Amplifier）是一种高效率的功率放大器，其原理是通过控制输出信号波形的形状，以最大化功率放大器的效率。
F类功放的原理与传统的AB类功放有所不同。
在传统的AB类功放中，输出信号的波形是一个完整的正弦波，但在F类功放中，输出信号的波形是一个脉冲波形，只有在信号峰值时才有输出。
这种脉冲波形的输出使得F类功放的效率大大提高。
在F类功放中，输入信号首先经过一个比较器。
比较器将输入信号与一个高频三角波进行比较，产生一个脉冲宽度调制（PWM）信号。
这个PWM信号的占空比决定了输出信号的脉冲宽度，进而控制了输出信号的幅值。
PWM信号随后经过一个低通滤波器，将其转换为一个脉冲波形。
低通滤波器的作用是去除PWM信号中的高频成分，只保留基带信号。
这样就得到了一个与输入信号相同频率的脉冲波形。
脉冲波形随后经过一个功率放大器，在功率放大器中，脉冲波形的幅值被放大到与输入信号相同的幅值。
由于脉冲波形只在信号峰值时有输出，功率放大器只在这些时刻工作，大大降低了功率放大器的静态功耗。
这使得F类功放的效率远高于传统的AB类功放。
然而，脉冲波形的输出也带来了一些问题。
由于脉冲波形的带宽较大，功率放大器需要具备较高的带宽以保证信号的完整输出。
此外，脉冲波形也会带来较高的谐波失真，需要通过滤波器进行补偿。
为了解决这些问题，现代的F类功放通常采用多级功率放大器的结构。
多级功率放大器可以提供更高的增益和更好的线性性能，同时也可以降低谐波失真。
总结起来，F类功放通过控制输出信号波形的形状，以最大化功率放大器的效率。
与传统的AB类功放相比，F类功放具有更高的效率和更低的静态功耗。
然而，脉冲波形的输出也带来了一些问题，需要通过滤波器和多级功率放大器进行补偿。
随着技术的不断发展，F 类功放在各种应用中得到了广泛的应用。
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Abstract : The class2F radio f requency ( RF) power amplifier is a new amplifier wit h high efficiency , of which t he t heoretical efficiency can achieve 100 %. It has a broad p ro spect in t he mo bile co mmunica2 tio n field. This paper int roduces t he circuit st ruct ure and p rinciple of operatio n of Class2F power am2 plifier and analyzes it s efficiency. The circuit is designed and tested at t he L band. The experimental result s are fo und to be in good agreement wit h simulatio n result s. Key words :class2F power amplifier ; high efficiency ; L2band
0 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ引 言
射频功率放大器广泛应用于各种无线通信发 射设备中 ,随着现代移动通讯服务的快速增长 ,对 低耗 、 高效 、 体积小的要求也迅速增加 。众所周 知 ,RF 功放 ( PA ) 是射频传输中功率损耗最大的 众多设计模块之一 。 当前发展的第 3 代通信推动了对功放的更 新 ,PA 作为通信基站的核心部分 ,它的效率直接 影响了整个基站的效率 , 因此研究解决功率放大 器的效率问题成为当前研究的热点 。F 类放大器
m 、n 表示漏极电流和电压的最大谐波次数
Zn = 0 , n 为偶数 , Zn = ∞, n 为奇数 。
在 F 类放大器的工作模式条件下 ,为了实现 电压和电流波形信号 , 可采用奇次谐波来近似方 波 ,偶次 谐 波 来 近 似 半 正 弦 电 流 波 形 , 表 达 式 如下 :
∞
θ ) = V d + V 1 sin θ + v( θ ) = I0 - I1 sin θ i(
外修正 , 其余都可根据基板参数和频率计算出实 际微带线的尺寸 。 设计采用 Cree 公司的 GaN H EM T , 基频为 11 3 GHz ,带宽为 200 M Hz ,输入功率为 28 dBm , 基板材料 Er = 31 38 , 板厚 01 4 mm , 输入网络是同 频 率 B 类 工 作 模 式 下 设 计 的, 栅 极 电 压V gs = - 21 5 V , 漏极电压 V ds = 28 V 。 通过高级设计仿真软件 ADS 对电路进行仿 真 ,并对电路结构进行优化 ,兼顾效率和输出功率 对参数进行调节 ,得到最佳输入和输出电路 ,仿真 结果最大 PA E 为 81 % 。输入输出匹配电路如图 5 所示 。
图3 3 次谐波输出网络
( a) 并联谐振电路 ( b) 串联谐振电路 (c) 等效微带线输出阻抗 2峰化电路 图4 谐波输出网络
3 设计实例
本文在设计 F 类放大器时 , 通过对输入 、 输 出端网路的分析 , 在输出端口采用谐波抑制电路 。 为了降低电路中不必要的损耗 , 电路采用全微带 结构设计 。 当输入网络在栅极输入提供共轭匹配时 , 输 出网络提供了偶次谐波短路和奇次谐波开路 , 输 出匹配网络使得在漏级输出端获得了基波的最佳 负载 。 图 4 中等效的微带阻抗 2峰化电路 , 3 段电长 度中只有第 2 段需要根据晶体管的寄生参数来额
第 33 卷 第 8 期 2010 年 8 月
合肥 工 业 大 学 学 报
(自然科学版)
J OU RNAL O F H EFEI UN IV ERSIT Y O F TEC HNOLO GY
Vol . 33 No . 8 A ug. 2010
Doi :10. 3969/ j. issn. 100325060. 2010. 08. 030
1251
图 3 中给的初始原理值方程式可以提供一个 很好的 F 类放大器设计的出发点 。
另外图 4 还给出了一个等效的微带线输出阻 抗 2峰化电路 , 并提供了基波频率传输线的电长 度初始原理值 : π π 1 1 θ ,θ tan - 1 ,θ 。 1 = 2 = 3 = 3 Z0ω 0 Cout 2 3 6 它能提供对于所有的偶次谐波短路和对 3 次 谐波开路 。然而 , 实际的 F 类 PA 的设计要复杂 得多 , 因为有寄生电抗 、 非线性漏级电流 Ids 和非 线性的 Cgs 与 Cds 。
( a) 输入匹配 ( b) 输出匹配
Research and design of L2band class2F po wer amplif ier with high eff iciency
N I Chun1 ,2 , WU Xian2liang2 ,3
(1. Auhui Zhongyi Communications Technology Engineering Co . , Lt d. , Hefei 230031 , China ; 2. School of Elect ronic Science and Tech2 nology , Anhui Universit y , Hefei 230039 , China ; 3. Dept . of Physics and Elect ronic Engineering , Hefei Normal Universit y , Hefei 230061 , China)
2 理论分析和设计方法
理想 F 类功放表现为包含无限的协波 , 但是 在设计中是不切实际的 。例如 :漏源电容 Cds 将产 生大量的高次谐波在微波频率短路 。同样 , 漏级 输出的寄生电容和电感使得几乎不可能实现偶次 谐波短路和奇次谐波开路 。通常 , 许多谐波进入 输出网路需要在负载端实现每个谐波频率的阻抗 匹配电路 , 这将产生一个很复杂的电路结构和更 多的输出损耗 , 因此将会使效率大大降低 。基于 设计中的诸多因素 , 很多设计者在设计中只考虑 少量的谐波抑制 , 根据分析发现 2 、 3 次谐波抑制 对改善输出功率和效率有很大的作用 。 Raab 研究了输出功率性能和效率在有限谐 波情况下的效果 。设计师在设计时可以综合考虑 输出网路的复杂程度和效率之间的关系 , 得到最 佳的设计结果 。 表 1 所列给出了不同谐波的最大效率 , 当只 有基波频率时电流和电压 m 、 n 均为 1 , 工作模式 为 A 类功放 , 此时的最大效率为 50 % , 随着谐波 次数不断递增 , 2 、 3、 4、 5 最大效率从 50 %向上增 加到 701 7 % 、 811 7 % 、 861 6 % 、 901 5 % 。
∞
n = 2 ,4 ,6 …
∑
θ I n co s n
πf 0 , f 0 是基波频率 。 其中 θ , =ω 0 t ;ω 0 =2
第8期
L1 =
倪 春 ,等 :L 波段高效率 F 类功率放大器的研究与设计
4 9 15 , L2 = L 1 , C2 = Cout ( 2) 2 15 16 9ω 0 Cout
L 波段高效率 F 类功率放大器的研究与设计
倪 春1 ,2 , 吴先良2 ,3
(1. 安徽中移通信技术工程有限公司 ,安徽 合肥 230031 ; 2. 安徽大学 电子科学与技术学院 , 安徽 合肥 230039 ; 3. 合肥师范学院 物
理与电子工程系 ,安徽 合肥 230061)
表 1 F 类功率放大器的最大效率 图2 理想 F 类放大器电流电压波形
n=1 m=1 m=2 m=4 m= ∞ n=3 n=5
图1 功率放大器基本结构
F 类放大器通过在输出匹配网络用谐波振荡
电路 ,从而在漏极负载端出现对偶次谐波短路和 奇次谐波开路 ,来实现效率和输出功率的共同推 进 。漏极电压由奇次谐波构成 ,接近方形波形 ; 而 漏极电流包含基波和偶次谐波 , 近似一个半正弦 波 。因为在漏极电压和电流之间没有交叠 , 理想 效率可以达到 100 % 。理想的 F 类放大器电流电 压波形如图 2 所示 。
%
n= ∞
晶体管漏 极 100 % 理想 漏极 效率的 阻抗 条 件是 :
Z1 = R1 =
50 . 0 701 7 75 . 0 781 5
571 7 811 7 861 6 901 7
601 3 851 3 901 5 941 8
631 7 901 0 951 5 100 . 0
8V dd , πI s
图 1 所示给出了功率放大器的基本结构 , 包 含一个晶体管 、 直流源 、 输出匹配网络和输入匹配 网络 。直流偏置电路连接直流源 , 并在电路中加 入扼流圈隔离射频信号 。
收稿日期 :2009208206 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (60671051) ; 安徽省教育厅自然科学基金重点资助项目 ( KJ 2009A53) 作者简介 : 倪 春 (1983 - ) ,男 ,安徽蚌埠人 ,安徽中移通信技术工程有限公司技术员 ,安徽大学硕士生 ; 吴先良 (1955 - ) ,男 ,安徽亳州人 ,安徽大学 、 合肥师范学院教授 ,博士生导师 .
n = 3 ,5 ,7 …
∑V
n
θ sin n
在只考虑 2 次和 3 次谐波的情况下 ( 3 次谐 波峰化) , 最大效率可以达到 811 7 % , 包含 3 次谐 波峰化的输出谐振电路如图 3 所示 。 在 3 f 0 用并联的谐振器加在漏极输出端 , 提 供 2 f 0 短路和 3 f 0 开路 , 另外一个并联谐振器与 负载阻抗并联 , 用来保证在 f 0 有最佳的负载 , RL 是最佳的漏级负载 [ 9 , 10 ] 。 图 4 中给出了另外 2 个可能的谐振器电路 。 连接谐振器电路构造元件的初始值为 : 1 5 12 L1 = , L2 = L 1 , C2 = Cout ( 1 ) 2 3 5 6ω 0 Cout