面向无线通信系统的功率放大器和倍频器研究.pdfVIP

摘要

随着无线通信技术的飞速进步，无线通信系统正朝着多频段、超高速和小

型化的方向不断发展。这些都对通信系统的射频前端电路性能提出了更高的要

求。功率放大器(PA)和信号源作为射频前端电路的关键模块，理当顺应这一要

求。因此本文针对宽带高效率PA和毫米波信号源进行了深入研究。

首先详细总结了近十多年对于宽带高效率PA和毫米波集成倍频器的研究现

状，又针对这些PA和倍频器电路中存在的不足进行了研究。然后用一种新方法

设计并制作了一款覆盖多频段的PA，又用两种不同方法设计了两款不同的高性

能倍频器。

（1）为了简化宽带高效率功率放大器的设计，提出了一种混合设计策略。

该策略结合了混合连续模式功率放大器的理论阻抗和实现这些理论阻抗的新电

路。这种新电路仅通过具有改进终端的单级耦合器便可实现，且具有阻抗频率

调制特性。该混合设计策略可有效减小混合连续模式类设计的复杂度和占用面

积。测试结果显示，所实现的功率放大器在0.4-3.0GHz频率范围内，其饱和输

2

出功率为40.2-42.7dBm，漏极效率为60.4-74.5%，面积为48.3×24.6mm。

（2）针对传统倍频器输出带宽窄与谐波抑制差的问题，采用6级级联的单

管结构，运用定量交错调谐技术实现了宽带宽，并引入LC谐振网络提高了电路

谐波抑制度。经联合仿真表明，在94-106GHz输出频段内，其八次谐波功率增

益为12.5-13.5dB，1dB带宽达到12GHz，谐波抑制度在35dBc以上。

（3）针对传统高增益高谐波抑制倍频器设计复杂的问题，采用简化实频算

法获得了具有高谐波抑制的十字交叉型双匹配电路，不需要人工调谐获取匹配

参数，简化了级间匹配电路的设计；引入SIR开路线解决了高频下小电容容值

偏差大的问题；运用负载牵引技术增大了最终输出功率并采用小型化功分器缩

小了版图面积。联合仿真显示，在11.5-12.5GHz输入频段内，八倍频器输出增

益为17.2-18dB，二倍频器输出增益为16.8-17.8dB，谐波抑制度都在40dBc以

2

上，版图面积为2770×1380um。

综上，本文提出了一种混合设计策略简化了宽带高效率PA的设计；运用定

量交错调谐技术与LC谐振网络解决了倍频器输出带宽窄与谐波抑制差的问题；

采用简化实频法简化了高增益高谐波抑制倍频器的设计。

关键词：混合策略、阻抗频率调制、定量交错调谐、简化实频法、SIR开路线

ABSTRACT

Withtherapidprogressofwirelesscommunicationtechnologies,thewireless

communicationsystemsaredevelopingtowardsmulti-band,ultra-highspeedand

miniaturization.Therearehigherrequirementsfortheperformanceoftheradio

frequency(RF)front-endcircuitofthecommunicationsystem.Poweramplifier(PA)

andsignalsource,asthekeymodulesofRFfront-endcircuit,aresupposedtocomply

withtheserequirements.Therefore,inthisthesis,thebroadbandhigh-efficiencyPAand

millimeter-wavesignalsourcearestudiedindepth.

Firstly,thecurrentstatusofresearchon