功率放大器的热设计研究
华中科技大学硕士学位论文射频功率放大器的研究与设计-微波eda网
SiC材料具有宽禁带、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和漂移速度等优良特性,这些特性决定了它在高温、大功率、高频和抗辐照等领域的有着广泛的应用前景.因此基于4H-SiC的功率微波器件--金属半导体场效应晶体管(MESFET)越来越受到人们的重视.本文就4H-SiC MESFET的微波特性研究中的大信号模型和射频电路设计两个方面进行了研究.本文提出了两种基于4H-SiC MESFET的材料特性参数和结构参数的大信号建模方法:一是通过建立适用于4H-SiC MESFET的高频小信号物理模型数值计算获得不同偏压下的高频小信号二端口Y矩阵参数,利用4H-SiC MESFET高频小信号等效电路,得到4H-SiCMESFET的直流、电容等非线性特性,建立基于物理模型的大信号模型;二是结合经验模型和解析模型建立4H-SiCMESFET的准解析参数模型,该模型能反映器件基本物理工作机理和适合射频电路CAD软件应用,该模型验证结果表明具有一定的准确性和合理性.利用所建立的4H-SiCMESFET的准解析参数模型,设计了4H-SiC MESFET射频功率放大器.本文的工作不仅为进一步研究4H-SiC MESFET的非线性微波特性、器件设计提供了参考,更重要的为进一步完善适合CAD软件的大信号模型、设计4H-SiCMESFET高频小信号放大器和功率放大器提供了一定的理论指导和实践途径.
8.学位论文王恺基站功率放大器的仿真与分析2008
近些年信息通信领域中,发展最快、应用最广的就是无线通信技术。在移动中实现的无线通信又通称为移动通信,人们把二者合称为无线移动通信。这一应用已深入到人们生活和工作的各个方面。其中3G、WLAN、UWB、蓝牙、宽带卫星系统都是21世纪最热门的无线通信技术的应用。 在世界范围内,无线通讯技术发展迅猛,从模拟通信到数字通信,再到3G,无论是数据传输速率还是通信质量,都有质的飞跃。无线网络朝着高速化、宽带化、泛在化发展,从话音和数据的融合到有线和无线的融合,从传送网和各种业务网的融合到最终实现三网的融合将成为未来网络发展的必然趋势。而RF功率放大器是无线通信系统的重要组成部分,它的性能将直接影响到信号质量的好坏,因此在制造工艺上的要求尤其严格。作为基站收发器中的最后一级,RF功放在基站系统,甚至在整个无线通信过程中起着举足轻重的作用。 其重要性主要体现在: 功率放大器和相关的射频器件占无线基站硬件成本的40%以上; 与其它无线通信器件相比,功率放大器是电信领域中唯一一个久经不衰的制造业,它在整个电信领域中具有独特的位置和极高的重要性; 功率放大器在所有的无线通信系统中是必不可少的关键部件,直接影响到通信质量; 整个无线通信市场对功率放大器的需求量巨大,且对产品质量的要求极高,尤其是在3G多信道、高速和宽带无线通信系统。功率放大器的效率特性,直接限制了无线基站的性能和通信质量。 目前无线通信系统中,功率放大器是最不稳定的器件之一。伴随着无线通信技术的进步,系统对功放的技术指标的要求也越来越高,例如更低的功耗、更高的效率等。 这就要求功率放大器不仅在设计上能达到理论上的指标,而且在实际的量产及测试过程中,各项性能参数能有较好的稳定性和平衡性,为此需要对射频功率放大器的工艺改进方法,最终达到较高的良品率。 本论文从射频功放的原理出发建立仿真模型,用SystemView搭建一个基本的射频功放电路,从理论角度分析前馈技术、交叉相抵技术在功放电路中的作用,从生产中得到初始测试数据,对比理论值
射频与微波电路设计介绍-7-功率放大器设计介绍
热设计与散热问题解决方案
热设计基本原理
阐述热设计的基本原理，包括热传导、热对流、热辐射等 概念。
散热问题解决方案
探讨散热问题的解决方案，如采用高效散热器、使用热管 技术等，并分析其优缺点。
热设计与散热问题实例分析
给出热设计与散热问题的实例分析，包括热仿真、热测试 等方面。
热设计与散热问题解决方案
热设计基本原理
阐述热设计的基本原理，包括热传导、热对流、热辐射等 概念。
散热问题解决方案
探讨散热问题的解决方案，如采用高效散热器、使用热管 技术等，并分析其优缺点。
热设计与散热问题实例分析
给出热设计与散热问题的实例分析，包括热仿真、热测试 等方面。
05
射频与微波功率放大器仿真与测 试方法
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射频与微波功率放大器仿真与测 试方法
01
02
03
04
高集成度
随着半导体工艺的发展，射频 与微波电路将实现更高的集成
度，减小体积和重量。
高性能
采用新材料和新技术，提高电 路的性能指标，如更高的工作 频率、更低的噪声系数等。
多功能融合
将不同功能的电路模块集成在 一起，实现多功能融合，满足
复杂应用场景的需求。
智能化
引入人工智能和机器学习技术 ，实现电路的自适应调整和智 能化管理，提高系统性能。
连接测试仪器，设置合 适的测试参数（如频率 、功率等）。
对功率放大器的各项性 能指标进行测试，如输 出功率、增益、效率等 。
通过输入不同幅度和频 率的信号，观察功率放 大器的输出信号是否失 真，评估其线性度性能 。
在长时间工作和不同环 境温度下，测试功率放 大器的稳定性和可靠性 。
测试平台搭建及测试步骤说明
星用固态功率放大器热设计研究
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号 Ｑ ｌ
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Ｑ ２ ０ ＿ ３
４ ． ９１
５ ． ９１
壳温（ 算 值）℃） 计 （
设 计 结 温 （ 算 值 ）（ ） 计 ℃
５ ． ２３
６ ． ８４
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６ ． ２３
５ Ｏ
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壳 温 （ 测值）℃） 实 （ 结 温 （ 测 值 ）（ 实 ℃） Ｉ 降额温度 （ ） 级 ℃
关 键 词 ： 态放 大 器 ；热 阻 ；模 拟 仿 真 固
中图分类 号 ： ＴＮ７ ２ ２
文 献标识 码 ： Ａ
Ｔｈｅ ｍ ａ ｓ ｇ ｆ Ｓ ｌｄ Ｓｔ ｔ ｗｅ ｒ ｌＤｅ ｉ ｎ ｏ ｏ ｉ — ａ ｅ Ｐｏ ｒ Ａｍ ｐｌｆ ｅ ｉｉｒ Ｕｓ ｎ ｎ Ｓ ｔ ｌｉｅ Ｕｓ ｇ ‘ ａ ｅ ｌｔ ＲＩ ｌ ｉ ｌ
Ｑ 、 结 温应低 于 １ ０ ， 。 Ｑ。 ０ ℃ 并尽 量 留有余 量 。
功 率 器件 以直 接或 通过 扩热板 方 式安装 在 功 率放 大器 壳 体 上 ， 其传 热 方 式 主 要 为 接 触 传 热 。
图 １ 功 率 放 大器 内 部 发 热 元 器 件 分 布 图
由接触 传 热公 式 ：
功率单 片 放大 器 Ｑ 、 Ａｓ８ 功 率 管 Ｑ。 Ｇａ Ｇａ Ｗ 、 Ａｓ １ Ｗ 功率 管 Ｑ。 ８ 。
在 该 产 品热设 计 输 入 条 件 中 ， 率 放 大 器 的 功 工 作温 度 范 围为 一１ ￣４ ℃ ， ０ ５ 在此 条 件下 ， 根据 文 献 ［ ］ 的 Ｉ 降额 要 求 ， 结 温 应 低 于 ８ ＂ １中 级 Ｑ ５ Ｃ，
第２ 期
周 明 ， ： 用 固 态 功 率 放 大 器 热 设 计 研 究 等 星
音频功率放大器设计
1 绪论随着时代科技的高速发展，大量的电子设备应运而生。
在现实生活中，绝大部分电子设备都离不开音频信号的处理，高效率音频放大器直接影响到了许多电子产品的质量。
传统的音频功放工作时，直接对模拟信号进行放大，工作期间必须工作于线性放大区，功率耗散较大，虽然采用推挽输出，减小了功率器件的承受功率，但在较大功率情况下，仍然对功率器件构成极大威胁。
功率输出受到限制。
低失真，大功率，高效率是对功率放大器提出的普遍要求。
高效率功率音频功率放大器设计的关键是功率放大器放大电路的研究，提高功放的效率的根本途径是减小功放管的功耗。
方法之一是减小功放管的导通角，增大其在一个信号周期内的截止时间，从而减小管子所消耗的平均功率，高频大功率放大电路中，功放工作处于丙类（C类）状态。
方法之二是使功放管工作处于开关状态（即D类状态），此时管子仅在饱和导通时消耗功率，而且由于管压降很小，故无论电流大小，管子的瞬时功率都不大，因此管子的平均功耗也就不大，电路的效率必然提高，但是应当指出，当功放中的功放管工作在C类或D类状态时，集电极电流将严重失真，因此必须采取措施消除失真，如采用谐振功率放大电路，从而使负载获得基本不失真的信号功率[1]。
1.1设计高效率功率音频功率放大器的目的和意义音频领域数字化的浪潮以及人们对音频节能环保的要求，要求我们尽快研究开发高效、节能、数字化的音频功率放大器。
传统的音频功率放大器工作于线性放大区，功率耗散较大，虽然采用推挽输出，仍然很难满足大功率输出；而且需要设计复杂的补偿电路和过流，过压，过热等保护电路。
这次音频功率放大器的设计为了达到高效率的设计，采用D类功率放大器，D 功放是基于脉冲宽度调制技术的开关放大器，包括脉冲宽度调制器，功率桥电路，低通滤波器。
这种类型的功放已经展示出了良好的性能，要想设计出并实现电源效率高于90%，THD低于0.01%，低电磁噪音的D类功率放大器，或者甚至包括能将高保真音质技术引入的D类的放大器[2]。
模拟电子技术课程设计-OCL音频功率放大器的设计
模拟电子技术课程设计-OCL音频功率放大器的设计OCL（开环放大器）音频功率放大器（Power Amplifiers，简称PA）在众多影音系统中具有重要作用，它可以将信号从入口功率放大到输出功率，提供音频设备更大的输出能力。
本文针对OCL音频功率放大器的设计，构成了一套有效的设计方案，以满足多种应用需求。
首先，将放大器分成三个部分，即核心部分、驱动部分和外部部分。
其中，核心部分是使模拟电路正常工作的关键部件，它包括电源模块、放大电路模块和调节模块。
核心部分有效地实现了放大器发挥功能的基本规则，如输入输出参数的设计，过电流、热保护以及通信信号的设计要求。
接着，是放大器的驱动部分，它的电路设计和实现是实现放大器功率放大功能的关键。
其中包括低频网络电路、高频网络电路、振荡网络电路以及功率放大器电路。
驱动部分使用了先进的电子元件，实现了信号功率放大、音质优化和阻抗调整的功能，以便根据不同的工作环境实现平滑的音频效果。
最后，放大器的外部部分，其设计主要包括声音控制、连接端口以及控制按钮等与用户接口相关的内容。
这些设计可以实时调整和监控放大器的工作参数，使用者可以更轻松地使用和控制设备。
通过以上三个部分，完成了OCL音频功率放大器的基本设计方案，并通过实验确认了其输入电平、输出电平、负载阻抗、线性度、信噪比等主要性能指标，以及高。
质量的音频失真和优良的视听效果，达到了实用的应用效果。
本文的研究主要针对OCL音频功率放大器，分析了全面覆盖其主要工作特性的设计要素，并给出了实用的设计思路，以及实验精度调节等具体实现技术，有效解决了放大器在实际应用中的质量问题。
功率放大器的原理与工艺
功率放大器的原理与工艺线性功率放大器的原理是在输入信号的有效范围内，输出信号的波形与输入信号保持一致，放大倍数近似恒定。
其基本组成由信号输入端、功率放大电路、功率输出端三部分构成。
输入信号经过放大电路后，输出功率较大。
常见的线性功率放大器有B类、AB类、A类等。
非线性功率放大器的原理是在输入信号的有效范围内，输出信号的波形波动较大，具有失真特性。
其基本组成由信号输入端、功率放大电路、功率输出端以及非线性补偿电路等构成。
非线性功率放大器常用于射频频段，一般采用调制放大器、限幅放大器等。
1.功率晶体管的选择：选择合适的功率晶体管对功率放大器的性能至关重要。
一般选择具有较高功率、较高频率响应和较高效率的功率晶体管。
2.电路设计：功率放大器的电路设计要符合输入信号的特性和要求，需要合理布局电路结构、电阻、电容和电感元件等。
常见的电路设计包括共射放大电路、共集放大电路、共基放大电路等。
3.散热设计：功率放大器在工作过程中会产生大量热量，因此需要合理设计散热系统，保证功率放大器的工作温度在允许范围内。
常见的散热设计包括散热片、散热风扇等。
4.参数匹配：功率放大器的输入和输出端需要匹配合适的参数，以确保输入信号有效传递到输出端。
如输入端阻抗匹配和输出端负载匹配。
5.反馈控制：一些功率放大器采用反馈控制电路来提高放大器的性能，通过将部分输出信号反馈到输入端来实现放大器增益和失真的控制。
总结：功率放大器是一种将输入信号放大到更高功率输出的电子设备，其原理和工艺是实现其高效放大的关键要素。
通过选择合适的功率晶体管、合理布局电路、设计散热系统、参数匹配和反馈控制等，可以有效实现功率放大器的优化设计和工艺实现。
射频功率放大器电路设计
本文主要对射频功率放大器电路设计进行介绍，主要介绍了射频功率放大器电路设计思路部分，以及部分设计线路图一、阻抗匹配设计大多数PA都内部集成了到50欧姆的阻抗匹配设计网络，不过也有一些高功率PA 将输出端匹配放在集成芯片外部，以减小芯片面积。
常用的匹配设计有微带线匹配设计、分立器件匹配设计网络等，在典型设计中有可能会将两者共同使用，以改善因为分立器件数值不连续带来的匹配设计不佳的问题。
PA阻抗匹配设计原理和射频中的阻抗匹配相同，都是共轭匹配设计，主要实现功率的最大传输。
常用工具可以使用Smith圆图来观察阻抗匹配设计变化，同时用ADS软件来完成仿真。
二、谐波抑制由本人微博《射频功率放大器 PA 的基本原理和信号分析》得知，谐波一般是由器件的非线性产生的倍频分量。
谐波抑制对于CE、FCC认证显得尤为重要。
由于谐波的频率较分散，所以一般采用无源滤波器来衰减谐波分量，达到抑制谐波的效果。
不仅PA，其它器件包括调制信号输出端都有可能产生谐波，为了避免PA对谐波进行放大，有必要在PA输入端即添加抑制电路。
上图所示无源滤波器常用于2.4G频段的芯片输出端位置，该滤波器为五阶低通滤波器，截止频率约为3GHz，对2倍频和3倍频的抑制分别达到45.8dB和72.8dB。
使用无源滤波器实现谐波抑制有以下优点：l 简单直接，成本有优势l 良好的性能并且易于仿真l 可以同时实现阻抗匹配设计三、系统设计优化系统设计优化主要从电源设计，匹配网络设计出发，实现PA性能的稳定改善。
3.1 电源设计功率放大器是功耗较大的器件，在快速开关的时候瞬间电流非常大，所以需要在主电源供电路径上加至少10uF的陶瓷电容，同时走线尽量宽，让电容放置走线上，充分利用电容储能效果。
PA供电电源一般有开关噪声和来自其它模块的耦合噪声，可以在PA靠近供电管脚处放置一些高频陶瓷电容。
有必要也可以加扼流电感或磁珠来抑制电源噪声。
从SE2576L的结构框图可以看出，该PA一共由三级放大组成，每一级都单独供电，前面两级作为小信号电压增大以及开关偏置电路，其工作电流较小，最后一级功率放大，其电流很大。
功率器件热设计及散热计算
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射频HBT功率放大器热效应研究
射频HBT功率放大器热效应研究砷化镓异质结双极型晶体管(GaAs HBT)在高频时具有功率密度大、线性度好、效率高等优点广泛应用于射频功率放大器(RF PA)的设计。
近年来,RF PA的集成度日益增强导致功率密度不断上升。
而GaAs材料导热系数小,放大器因而产生严重的热效应,致使HBT晶体管温度上升,其器件电学性能发生变化,从而恶化射频功率放大器的功率输出特性,成为制约其进一步发展的瓶颈。
迫切需要对射频HBT功率放大器的热效应机理、相关电热耦合模型以及电路设计方法展开深入研究,这对设计功率输出特性良好的射频HBT功率放大器具有重要意义。
本文从射频HBT功放电路芯片热设计思路出发,详细研究了射频功放的热传导机制、GaAs HBT晶体管温控特性及并联多管电热耦合关系等热效应问题,揭示了功放热效应的内在机理,建立了精确的分布式热电耦合模型,提出了热电性能均改善的自适应功率单元技术,并优化了放大器版图结构,完成了一款高性能射频功率放大器芯片的设计。
论文主要创新成果如下：1、建立了分布式电热耦合模型,指出功率放大器实际工作中晶体管的温度呈非均匀分布特性,且温度分布特性取决于晶体管热源(直流功耗)大小及散热环境(所处位置、指间距等)优劣,这为功放热设计提供理论参考。
2、提出了自适应功率单元技术,基于该技术,功放中的晶体管在工作过程中可随输入功率的增加逐渐打开,功放效率高,晶体管平均直流功耗减小,从而热源减小,可有效抑制晶体管温升,改善热效应。
3、提出了采用镇流电阻网络实现自适应功率单元技术,基于镇流电阻的负反馈作用,改善了放大器的非线性特性。
4、优化了自适应功放的版图结构,在不改变电气连接条件下将镇流电阻小的晶体管置于散热条件好的外侧,而镇流电阻大的晶体管置于散热条件差的内侧,并将指间距设计成由外向内逐渐减小的趋势,使晶体管温度曲线呈现均匀且低值的分布特性。
5、基于AWSC 2μm GaAs HBT工艺设计了一款2.4GHz射频功放。
基于Icepak的放大器芯片热设计与优化
基于Icepak的放大器芯片热设计与优化逄立飞【摘要】针对微波电路A类放大器常用的功率放大器芯片,建立了芯片内部封装后的散热模型.基于热阻理论,在对放大器芯片等效热阻做热分析的基础上,采用Icepak对影响芯片散热的焊料层、垫盘、基板的材料和厚度进行优化,分析各个变量对芯片温度造成的影响,最后给出了高可靠性的芯片热设计结果.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2014(022)007【总页数】3页(P174-176)【关键词】热设计;功率芯片;Icepak;优化【作者】逄立飞【作者单位】电子科技大学物理电子学院,四川成都610054【正文语种】中文【中图分类】TN722.7在微波放大电路中，功率芯片是整个电路最为核心的部分。
芯片中大量的半导体器件在工作时会产生大量的热量。
芯片如果在封装过程中散热效率达不到要求的话，积累的热量会影响器件特性，甚至是毁坏器件造成电路失去功能。
为了提高芯片的可靠性，必须进行热分析与热控制[1]。
Icepak作为一款专业的热分析软件，提供了系统级、板级到器件级不同类型的热分析平台，其求解过程基于fluent求解器，可以计算稳态和瞬态不同的过程。
强大的后处理可以用云图直观地输出各个参量。
相对于传统的热设计方案，基于Icepak的仿真优化设计方法可以节约成本和缩短研制修改周期，提高产品的一次成功率和提前上市时间。
文中在介绍热阻理论的基础上，详细地介绍了Icepak软件建模、网格划分、求解和后处理的过程。
收集整理了改变焊层、垫板和基板的材料和厚度时芯片最高温度并分析原因，总结并给出最优化的热设计结果。
热流自芯片流向外部环境所受到阻碍称为热阻。
也指1 W功率在传热路径上产生的温度差，其表达是表示为[2]：对于热导率为K，厚度为h，横截面积为S的物体热阻：图1是此功率芯片封装和散热结构示意图。
芯片成品封装以后，芯片、垫板、基板和壳体通过焊料紧密连接在一起。
半导体裸芯片满负荷工作时的内热阻Rjc可以由生产商提供的手册查到，本文主要通过改变焊料、垫盘和基板的材料和厚度进行优化，减小芯片的外部热阻Rout，使得芯片可以适应更加复杂的热环境，以达到结构和工艺最优化的目的。
音频功率放大器设计
04 音频功率放大器性能测试 与优化
测试方法与设备
测试方法
采用失真度测试、动态范围测试 、信噪比测试等多种方法，全面 评估音频功率放大器的性能。
测试设备
需要使用音频分析仪、信号发生 器、功率计等专业设备，确保测 试结果的准确性和可靠性。
测试结果分析
01
02
03
失真度分析
分析音频功率放大器在不 同功率输出下的失真度， 判断其线性度表现。
加强散热设计
优化散热设计，降低放 大器工作温度，提高其
稳定性。
噪声抑制措施
采取有效的噪声抑制措 施，提高信噪比性能。
05 设计总结与展望
设计总结
设计目标达成情况 实现了预期的功率放大倍数，满足了音频信号放大的需求。
优化了电路的效率，减少了能源消耗，符合绿色环保标准。
设计总结
提高了放大器的稳定 性，减少了噪声和失 真，提升了音质。
为单位。
频率响应
衡量音频功率放大器的频率范 围，即其能够处理的最低频率
和最高频率。
失真度
衡量音频功率放大器对原始音 频信号的失真程度，失真度越
低，音质越好。
阻尼系数
衡量音频功率放大器对扬声器 的控制能力，阻尼系数越高， 对扬声器的控制能力越强。
03 音频功率放大器设计
输入级设计
输入阻抗匹配
确保输入信号源与放大器输入阻抗相匹配，以减 小信号源的负担并提高信号传输质量。
动态范围评估
了解音频功率放大器在高、 低电平信号下的表现，判 断其动态范围。
信噪比分析
通过对比放大器输入与输 出信号的噪声水平，评估 其信噪比性能。
性能优化建议
改进电路设计
根据测试结果，优化电 路设计，降低失真度，
高效率微波功率放大器设计与优化
高效率微波功率放大器设计与优化摘要本文提出了一种高效率微波功率放大器设计与优化方法，该方法结合了现代集成电路设计技术和优化算法，以实现功率放大器的高效率和高线性度。
本文首先介绍了微波功率放大器的基本原理和常见设计方法，然后重点介绍了本文提出的设计方法，并详细说明了该方法的关键步骤和优化算法。
通过实验验证，本文提出的方法能够显著提高微波功率放大器的功率效率和线性度，并具有广泛的应用前景。
关键词：微波功率放大器，高效率设计，优化算法一、引言微波功率放大器是现代无线通信系统中的重要组成部分，它在无线电频谱的利用效率、通信距离和数据传输速度等方面具有关键作用。
微波功率放大器的功率效率和线性度是衡量其性能的重要指标，这两个指标之间存在着一定的矛盾关系，因此如何在不影响放大器线性度的前提下提高功率效率是微波功率放大器设计的关键挑战之一。
二、微波功率放大器的基本原理和常见设计微波功率放大器是一种重要的微波器件，其主要作用是将微波信号放大到足够的功率水平，以满足无线通信系统对于信号的传输和覆盖需求。
微波功率放大器的性能对整个无线通信系统的性能至关重要，因此其设计和优化是微波器件领域的一个研究热点。
本文将介绍微波功率放大器的基本原理和常见设计方法。
1、微波功率放大器的基本原理微波功率放大器是一种电子器件，它主要由放大器管、负载电阻、匹配网络和供电电路等组成。
其工作原理是将微波信号加到放大器管的栅极上，通过放大器管内部的电场和电流作用将信号放大，最后通过输出端口输出到负载电阻上。
微波功率放大器的主要性能指标包括输出功率、功率增益、功率效率、线性度等。
2、微波功率放大器的常见设计方法1.分级放大器设计方法分级放大器是一种将多个级联的小功率放大器组合起来以实现高功率放大的方法。
常见的分级放大器包括A级放大器、B级放大器、C级放大器和D级放大器等。
其中，B级和C级放大器是目前应用最广泛的两种放大器类型。
B级放大器的工作原理是在放大器管的栅极和源极之间加入一个谐振电路，使得输入信号只能在一定的时间段内进行放大，从而提高功率效率。
20MHz~520MHz宽带功率放大器的研制
导读:为了应对未来移动通信、新体制雷达、物联网、航空航天信息技术等的飞速发展,作为其中关键技术的射频微波技术,也应从设计理论、仿真方法、工程应用和测试系统等方面不断地取得新进展、新突破、新发明。
为了加强国内同行在射频微波领域的学术交流,促进微波技术应用水平的提高,《电子技术应用》杂志2020年第7期和第8期推出“射频与微波”主题专栏,论文内容涵盖多种形式多个频段的功率放大器、微波系统、天线和无源元件设计,及电磁仿真、测试技术等。
本专栏作者大多为工程一线的科研人员,论文都具有鲜明的工程应用背景,期待与读者互相切磋借鉴,共同提高我国的微波应用水平。
本期将刊出下半部分。
特约主编:谢拥军,北京航空航天大学电子信息工程学院教授,博士生导师。
主要研究方向为天线与微波技术、计算电磁学及其应用、电磁兼容等。
目前主持多项国家纵向和企业横向科研项目。
发表学术论文200余篇(其中SCI论文70余篇),主编(或参编)《HFSS原理与工程应用》、《简明微波》等专著8本。
20MHz耀520MHz宽带功率放大器的研制李贺,梁坤,刘敏,何颖,张晖(中国电子科技集团公司第五十八研究所,江苏无锡214072)摘要:新一代半导体材料GaN相比于Si、GaAs等材料,具有禁带宽、击穿场强高、热稳定性优异等特性,在宽带功放的设计中被广泛使用。
基于CREE公司的两款GaN功率芯片进行级联,匹配电路为集中元件和分布元件混合,采用负反馈技术提高带宽,RC并联网络提高稳定性,设计了一款20MHz~520MHz的宽带功放。
利用ADS软件对芯片模型和匹配电路进行优化仿真和实际调试,在20MHz~520MHz频段内,功放模块饱和输出功率大于9W,增益大于29.5dB,漏极效率高于40%,带内平坦度为±0.7dB。
关键词:GaN;宽带功放;负反馈;饱和输出功率;增益;漏极效率中图分类号:TN722.75文献标识码:A DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.200264中文引用格式:李贺,梁坤,刘敏,等.20MHz~520MHz宽带功率放大器的研制[J].电子技术应用,2020,46(8):1-4,8.英文引用格式:Li He,Liang Kun,Liu Min,et al.Design of20MHz~520MHz broad-band power amplifier[J].Application of Electronic Technique,2020,46(8):1-4,8.Design of20MHz~520MHz broad-band power amplifierLi He,Liang Kun,Liu Min,He Ying,Zhang Hui(China Electronics Technology Group Corporation No.58Research Institute,Wuxi214072,China)Abstract:GaN,as the new generation semiconductor material,has much wider forbidden bandwidth,higher breakdown voltage, more excellent thermal stability than Si and GaAs,and thus is widely used in the broadband power amplifier design.Based on two GaN RF dies of CREE company are cascaded and the matching circuit is a mixture of centralized and distributed components,a broadband power amplifier is designed in the20MHz~520MHz frequency by using feedback technology to improve band width,RC parallel network to improve stability and micro-strip hybrid matching circuit.The die model and matching circuit are optimized and debugged by the ADS software.In the20MHz~520MHz frequency band,the saturation output power of this power amplifier is more than9W,the gain is more than29.5dB,the drain efficiency is higher than40%and the gain flatness is±0.7dB.Key words:GaN;broadband power amplifiers;feedback;saturation output power;gain;drain efficiency205010030052017.417.917.816.716.738.1+j132.1182.4+j565.8131.7-j37.241.1-j68.325.4-j46.741.341.941.541.241.134.2+j27.253.8+j6.654.2-j2.246.7-j17.841.4-j28.1频率f 0/MHz 增益G p /dB 输入阻抗Z in /Ω输出功率P out /dBm 输出阻抗Z out /Ω表18W 管芯在不同频率下负载牵引的最优输入输出阻抗205010030052015.115.015.216.016.253.4+j41.578.5-j3.775.8-j18.030.0-j36.012.8-j28.744.144.144.043.443.333.8+j9.134.5-j3.932.1-j1.227.6-j14.825.1-j16.1频率f 0/MHz增益G p /dB 输入阻抗Z in /Ω输出功率P out /dBm 输出阻抗Z out /Ω表215W 管芯在不同频率下负载牵引的最优输入输出阻抗随着无线通信和军事领域新技术和新标准的不断发展,要求微波通信系统向宽带化、低噪声、小型化、集成化以及更高的工作频率发展[1]。
Doherty功率放大器的研究进展
万方数据
２００８年第５期
童富：Ｄｏｈｅｒｔｙ功率放大器的研究进展
３８１
时，会减小功放的负载调制范围，从而会影响效率 的改进，因此，设计多路Ｄｏｈｅｒｔｙ结构时，要综合考 虑效率和线性度。
卜一．
输出
Ｊ
口 ５／２
≥…类…∥ ｃｃｆ３
％～
一Ｃｒ
图８ ｇｍ。随着偏置变化的曲线
已有的并联型Ｄｏｈｅｒｔｙ结构前面的功分器占 了很大一部分面积。为了提高集成度，必须减小 芯片的面积，一种新颖的紧凑的串联型Ｄｏｈｅｒｔｙ结 构［９。１ ０｜，如图９所示。可以看到新结构已省去了前 面的功分器。其工作原理还是可以用３步来阐述： （１）当输入功率较小时，ＺＰｚ．。远远大于ＺＰ，，因此主 功放的输出功率主要经由通路１输出；（２）当输入 功率达到开启辅助功放时，此时主功放已达到预 饱和，但辅助功放的负载调制效应还不是很明显， Ｚ踢。还相当大；（３）当输入功率达到激励峰值时， Ｚ％。急剧减小，功率主要经由通道２输出。图ｌＯ是 一个采用预失真技术的前置补偿电路，通过调节 Ｌ。和Ｕ，能产生负的ＡＭ—ＰＭ失真，用来抵消后 置电路中正的ＡＭ—ＰＭ失真。
２ Ｆｉ两＝丽’冬冬ｏｂ’
式中，Ｒ。为传输线最优化特征阻抗；Ｉ，为各辅助 功放的电流幅度。当低输入功率时（ｊ，＝Ｏ），Ｚｃ＝ Ｎ·Ｚ。；当输入功率达到激励峰值时（ＪＰ＝工ｃ）， Ｚ（，一Ｚｏ。当Ｎ＝２时，即为经典的对称Ｄｏｈｅｒｔｙ 功放结构。
印茵
图５反馈预失真结构图
号ｙ（￡），得到误差信号Ｐ（￡），再将误差信号Ｐ（￡）反 馈到输入端，与输入信号ｚ（￡）进行相加，得到预失 真（ＰＤ）信号，然后将ＰＤ信号作为功放的输入信 号，这样就大大地提高了功放的线性度。
图６多路Ｄｏｈｅｒｔｙ功放结构
放大电路中的功率放大器设计
放大电路中的功率放大器设计在电子电路设计的过程中，功率放大器是一个非常重要的组成部分。
功率放大器的设计对于电子设备的性能以及电路的稳定性有着重要的影响。
本文将详细讨论放大电路中功率放大器的设计原理和注意事项。
一、设计原理功率放大器是将输入信号的功率放大到一定水平的电路。
在功率放大器设计中，有几个主要的原理需要考虑：1. 负载匹配：功率放大器的输出端和负载之间需要匹配，以确保输出信号的最大功率传输。
负载的阻抗与功率放大器的输出阻抗相匹配，可以提高功率传输的效率。
2. 工作点选择：根据输入信号的幅度范围和电源的稳定性，选择适当的工作点。
工作点过大可能导致电路过载，工作点过小则可能导致功率输出不足。
3. 高增益：功率放大器需要具备较高的增益，以确保输入信号能够被放大到足够的幅度。
增益的大小可以通过选择适当的放大器类型和电路参数来实现。
4. 稳定性：功率放大器在工作时需要保持稳定。
通过合理的反馈控制和电路设计，可以提高功率放大器的稳定性。
二、注意事项在功率放大器设计过程中，还需要注意以下几个问题：1. 散热问题：功率放大器在工作时会产生大量的热量，因此需要考虑散热设计。
合理选择散热器以及散热材料，并确保散热能力与功率放大器的功率消耗相匹配。
2. 信号保真度：功率放大器在放大信号时应保持信号的准确性和保真度。
降低失真和噪声对于提高功率放大器的性能至关重要。
3. 抗干扰能力：功率放大器需要具备良好的抗干扰能力，以保证输入信号的纯净度。
在设计过程中，可以采用屏蔽和滤波等技术来减少外部干扰对功率放大器的影响。
4. 功率效率：功率放大器的功率效率是一个重要的指标。
高效率的功率放大器可以减少能源消耗和热量产生，提高整个电路系统的性能。
三、实际应用功率放大器广泛应用于各种电子设备中，例如音频放大器、射频功率放大器等。
在实际应用中，根据具体需求选择合适的功率放大器类型和参数。
音频放大器常用的功率放大器类型有A类、B类、AB类和D类。
一种微波功率放大组件的热设计
一种微波功率放大组件的热设计发布时间：2022-09-29T04:31:59.752Z 来源：《科技新时代》2022年9期作者：郑翔天谭琮王光宾[导读] 近年来随着技术的不断发展，为了提升性能，大功率电子器件和大规模集成电路在微波产品的应用越来越多，导致其功率密度越来越大，微波功率放大器受可用空间和重量等多方面的限制，使得大功率微波产品的散热问题日益突出[1]。
贵州航天电子科技有限公司；贵州省贵阳市，邮编550000摘要：微波功率放大器在大功率下工作,使器件本身和周围其他元器件处在高温状态下工作,导致设备可靠性下降。
本文根据实际设计工作中遇到的问题，对微波功率放大组件进行了热计算与热仿真，同时对微波功率放大组件的计算与仿真的结果进行温度检测试验验证，试验结果证明，该计算与仿真方法可以真实反映组件内元器件的受热情况，可为以后微波功率放大组件热计算与热仿真提供参考。
关键词：微波功率放大器微波功率放大组件热计算热仿真1 引言近年来随着技术的不断发展，为了提升性能，大功率电子器件和大规模集成电路在微波产品的应用越来越多，导致其功率密度越来越大，微波功率放大器受可用空间和重量等多方面的限制，使得大功率微波产品的散热问题日益突出[1]。
2 电子元器件及设备传热方式电子元器件及设备有三种传热方式热传导、对流换热、辐射。
热传导是传递过程中仅仅依靠微观粒子进行传热的过程。
[2] 热传导的实质通过傅里叶定律来解释，也就是传热过程中，单位时间通过给定截面的热量正比于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积。
[3]对流换热是流动的物质和其接触的固体之间的传热过程。
按照对流产生的原因分，分为自然对流和强制对流。
[4]自然对流是流体内部温度不同存在热流体和冷流体，进而导致流体内部密度分布不均，进而产生传热，强制对流是指外界环境施加给流体力使得流体产生对流的现象。
[5]辐射是指通过电磁波的形式向外界发射粒子的过程。
以热的形式向外发射粒子的过程叫做热辐射。
LDMOS功率放大器热效应最小化偏置电路设计
的仿 真设计 方 法的有 效性 。
关键词 ： Ｄ ０ ； Ｌ Ｍ Ｓ 温度 特性 ； 率放 大器 ； 置 电路 功 偏 中图分类 号 ： Ｎ ２ Ｔ ７ 文献标 识 码 ： Ａ 文章编 号 ：０ １ ４ ４ ２０ ）６— ３ ３— ３ １０ —３ ７ （０ ６ ０ ０ ３ ０
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ａ ｉ ｇ Ｃｉ ｃ ｉ ｐ ｉ ａ ｌ ｏ ｉ ｉ ｉｉ ｓｇ ｆＢｉ ｓｎ ｒ ｕ ｔＡｐ ｌ ｂ ｅ ｆ ｒ Ｍ ｎ ｍ ｚｎｇ ｃ Ｔｈ ｒ ａ ｆｅ ｔ ｏ ｅ ｍ ｌＥｆ ｃ ｆＬＤＭ ＯＳ ＲＦ Ｐｏ ｒ Ａｍ ｐ ｉ ｅ ｗｅ ｌ ｒ ｉ ｆ
Ｄ ｃ ｍｅ ｔ ｏ ｅ Ａ ｏ ｕ ｎ ｄ ： Ｃ
Ａｒｉ ｅＩ １０ —３７ （ ０ ６ ０ ０ ３ ０ ｔ ｌ Ｄ：０ １ ４ ４ ２ ０ ） ６— ３ ３— ３ ｃ
第 三代移 动通 信和 数字 电视广 播等 宽带无 线 系 统 的迅速 发 展 ， 对射 频功 率 放 大 器性 能 提 出了 更 严 格 的要求 。Ｌ ＭＯ Ｄ Ｓ场 效应 管 以其在 效 率 、 性 和增 线 益 等方 面的 优 良特性 ， 其 Ｅ益 成 为射 频 功 率 放 大 使 ｔ 器 的首 选 器 件 。Ｌ ＭＯ Ｄ Ｓ场 效 应 管 的 自热 效 应 会 导 致 静态 工作 电流 的漂 移 ， 而 对 放 大 器 的互 调 性 能 从 产 生很 大影 响 。偏 置 电路 的设计 目的就是保 持静 态 工 作 电流 的恒定 。
度变 化 的电热 特性 。该模 型 已经 在 Ａ ｉｎ Ａ Ｓ谐 ｇｅｔ Ｄ ｌ 波平 衡仿 真器 中实 现 ， 用 于 完成 小 信 号 、 信 号 、 可 大 谐 波平 衡 、 噪声 和 瞬 态 仿 真 。ＭＥ Ｄ ｓ模 型 大 Ｔ Ｌ Ｍ０ 信号 等效 电路 如 图 ｌ所示 。
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Ｋｅ ｒ ｓ ｒｌ ｂｌ ； ｈ ｎ ｅ ｍｐ ｒｔｒ；ｈ ｒ ａ ｓｓａ ｃ ｙｗｏ ｄ ： ｅｉ ｉｔ ｃ ａ ｎ ｌｅ ｅａ ｅ ｔｅ ａ ｉ ｙ ｔ ｕ ｍ ｌ ｅｉｔｎ ｅ ｒ
大 器热设 计的方 法和 流程 ，对功 率放 大器进 行 了详
１ 引言
热 失效 是 电子设备 的主要 失效 形式之 一 ，据 统
收稿 日期 ：２ １—６０ ０ ２０ —４
．
１ ８．
第ｌ 卷第７ ２ 期
胡广华 ，钱兴成 ，汪
宇 ：功率放大器的热设计研究
内部 大功 率 器件 分布 如 图 １ 所示 。其 中 ，器件 Ｑ。 为
高增益功率单片放大器 ，器件 Ｑ 、Ｑ为内匹配功 ，
率管。
３ 利 用 软 件ＡＮＳ ＹＳ热 仿 真 设 计
Ａ ｂｓｒ ｃ ：Ａ ｓｔ ｅ ｃ ｒ ｆｔａ ｓ ｉ ｃ ａ ｅ ｓ ｔ ｓ ａ ｅ ｐ ｔｆ ｒ ｒ ｉ ｈ ｒ ｑ ｉｅ ｅ ｔ ｆｆ ｎｃｉ ｎ ａ ｔａ ｔ ｈ ｏ ｅ ｏ ｎ ｍ ｔ ｈ ｎｎ ｌ， ａ ｋｓｈ ｖ ｕ ｏ ｗａ ｄ ｈ ｇ ｅ ｕ ｒ ｍ ｎ ｓ ｏ ｕ ｔｏ ｎｄ ｒ ｐ ｒｏ ｍ ａ ｃ ． ｎｓｄ ｒｎ ｈｅ ｄ ｍ ａ ｓｏ ｏ ｅ ｍｐｌ ｅ ｓｆ ｒｈｉｈ ｒ ｌａ ｉｉ ，ｔ ｉ ａ ｅ ｉ ｅ ｈｅ ａ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ Ｃｏ ｉ ｅ ｉ ｇ ｔ ｅ ｎｄ ｆｐ ｗ ｒａ ｉ ｒ ｏ ｇ ｅ ｉｂ ｌｔ ｈ ｓｐ ｐ ｒｇ ｖ ｓ ｔ ｒ ｌ ｉ ｆ ｙ ｍ
ｐｏ ｅ ｍ ｐ ｉ ｅ ． ｔ ｒｅ ｄ ｍ ｅ ｓｏ ａ ｈｅｍ ａ ｏ ｅ ｆｐｏ ｒａ ｐ ｉ ｅ ｓｂ ｉｔｗｉ ｗ ｒａ ｌ ｒ Ａ ｈ ｅ ｉ ｎ ｉｎ ｌｔ ｒ ｌ ｉ ｆ ｍ ｄ ｌｏ ｗｅ ｍ ｌ ｒｗａ ｕ ｌ ｉ ｆ ｔ ＡＮ Ｓ ｏ ｃ ｌｕ ａｅ ｈ ＹＳ ｔ ａｃ ｌｔ
Ｔｈｅ ｍ ａ ｓｇ ｆ ｗｅ ｒ ｌ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ Ｐｏ ｒＡｍ ｐ ｉ ｅ ｌｆ ｒ ｉ
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（ ａｊｇＥｅｔ ｎｃ ｖ ｅ ｓｔｔ Ｎ ｎｉ １ ０ ６ Ｃ ｉａ Ｎ ｎｎ ｌ ｒ ｉＤｅｉ ｓ ｎｔｕｅ ａｊ ｇ２ ０ １， ｈｎ ） ｃｏ ｃ Ｉ ｉ ， ｎ
靠运 行 的 基 础 。
２ 功率放大器概述
２１ 功率放 大器相关信息 ． 本功率 放大 器的脉 冲输 出功率 典型值 为 ｌ Ｗ ， ８ 它采 用一只 高增益 功率单 片放 大器和 二级 微波 功率 管级连 构成 。功率 放大 器工作 方式 为漏极 调制 ，其
本文 以Ｋ 波 段功Biblioteka 放大器为 例 ，介绍 了功率放 ｕ
细 的热 设计 与 分析 。功放 模块 热 分 布及 布 局如 图１
所示 。
计 ，电子 设备 的失效 有５ ％是 温 度超过规 定值 引起 ５ 的 ，随 着温 度的 增加 ，电子设 备 的失效 率呈指 数增 长 。所 以 ，功率 器件热 设计是 电子 设备 结构设 计 中
不可 忽略的 一个 环节 ，良好 的热设 计是保 证设 备可
第 ｌ卷 ，第７ ２ 期
Ｖｏ ２ ． Ｎ ｏ． １１ ７
电 子
与
封
装
总 第１ ｌ １期
２ ２年 ７月 ０１
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩ ＣＳ＆ Ｐ ＡＣＫＡ ＧＩ ＮＧ
⑧ ⑧ ⑨ ⑧
功 率放大器 的热设计研究
胡广 华 ，钱兴成 ，汪 宇
（ 南京电子器件研究所 ，南京 ２ ０ １ ） １０ ６
ｄ ｓｇ ｆｓ ｌｄ ｓａｅ ｐ ｌｅ ｐ ｗｅ ｍｐ ｉ ｅ ． ｎ ｅ ａ ｌ ，ｗｅ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｔ ｈｅｍａ ｅ ｉｎ ｏ — ｎ ｅ ｉ ｎ ｏ ｏ ｉ ｔｔ ｕ ｓ ｏ ｒａ ｌｆ ｒ Ａｓａ ｘ ｍｐ ｅ ｉ ｎ ｒ ｄ ｃ ｈｅｔ ｒ ｌｄ ｓｇ ｆＫｕ ｂａ ｄ
ｅ ｐ ｒｍ ｅ ｔａ ｄ ｗｈ ｃ ｅ ｏ ｔａ ｅ ｈ ｆｅ ｔｖ ｎｅ ｓｏ ｅｔ ｅ ａ ｏ ｅ．Ｔ ｉ ｕ ａｅ ｅ ｕ ｔ ｒ ｖ ｄ ｘ ｅ ｉ ｎ ｎ ｉｈ ｄ ｍ ｎｓｒ ｔｄ ｔ ｅｅ ｃ ｉｅ ｓ ｆｔ ｈ ｒ ｌ ｈ ｍ ｍ ｄ １ ｈｅｓｍ ｌｔ ｄｒ ｓ ｌｓｐ ｏ ｉ ｅａ ｔ ｅ ｒ ｔ ａ ｓｓｆ ｒｔ ｅ ａ ｅ ｉ ｎｏ ｏ ｒａ ｈ ｏ ｅｉ ｌ ｃ ｂａ ｉ ｏ ｈ ｒ ｌ ｓｇ ｆｐ ｗｅ ｍｐｌ ｅ ｓ ｍ ｄ ｉ ｒ． ｉ ｆ
模 型 ，对模型在 空 气 自然对流情 况下的温度 分布状 况进行 了模 拟和 分析 ，模拟 结果 与实测值 基本吻 合 ，验证 了模型 的有效性 。研 究结果为功率放 大器的热设计提 供 了重要 的理论依据 。
关键词 ：可 靠性 ；结温 ；热阻 中图分类号 ：Ｔ ０ Ｎ４ ２ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：１８ ．０ ０ （０ ２ ７０ １ —３ ６ １１７ ２ １ ）０ —０ ８０
摘
要 ：功率放 大器作 为发射通道 分 系统 的核 心部件 ，对其性 能指 标、可靠性提 出了较 高要 求。针
对 电子设备的 高性 能、高可靠性要 求 ，文章主 要研 究了固态脉 冲功率放 大器的热设计。以Ｋｕ 波段 功
率放 大器为例 ，介 绍Ｋ 波段 功率放 大器的热设计方法和 流程 ，采用有限元软件Ａ ＹＳ ｕ ＮＳ 建立 其三维热
ｔ ｅｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｉｔｉ ｕ ｉｎ ｕ ｄ ｒａｒｆｅ ｏ ｖｅ ｔｏ ｏ ｄ ｔ ｎ． ｏ ｇ ｅ ｍｅ ｔｂ ｔ ｅ ｉ ｈ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｄ ｓｒｂ ｔｏ ｎ ｅ ｉ ｒ ｅ ｃ ｎ ｃｉ ｎ ｃ ｎ ｉｉ Ｇｏ ｄ ａ ｒ ｅ ｎ ｅｗｅ ｎ ｓｍｕｌｔｏ ｎ ｏ ａｉｎ ａ ｄ