高功率S波段LDMOS FET功率放大器的研究.pdf

1、固態(tài)PA具有工作電壓低，小尺寸，高線性度，低噪聲，高效率，壽命長(zhǎng)以及高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)十分廣泛應(yīng)用在移動(dòng)通信、雷達(dá)、干擾、識(shí)別等射頻/微波/毫米波系統(tǒng)之中。 第三代移動(dòng)通信(3G)技術(shù)是當(dāng)前國(guó)際通信領(lǐng)域的熱點(diǎn)。iSuppli在報(bào)告中預(yù)計(jì)2005年3G設(shè)備將占無(wú)線運(yùn)營(yíng)商資金投入的大部分，到2007年將占到100％，到2009年3G帶來(lái)的市場(chǎng)高達(dá)380億美元以上，具有十分廣闊的市場(chǎng)前景[1]。3G技術(shù)需將復(fù)合調(diào)制的多載波信號(hào)發(fā)射出

2、去，從而對(duì)RF/微波PA性能提出了更高的挑戰(zhàn)，以滿(mǎn)足帶寬、輸出功率、效率和輸出失真度的應(yīng)用要求。3G移動(dòng)通信上行頻段為1885～2025MHz(通信基站接收)，下行頻段為2100～2300MHz(通信基站發(fā)送)，兼容了WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA)三大3G標(biāo)準(zhǔn)的工作頻段。2.0～2.3GHz百瓦級(jí)微波固態(tài)功率放大器在民用上可用于通信發(fā)射機(jī)(WCDMA、TD-SCDMA)，遠(yuǎn)距離高容量通信基地、微波轉(zhuǎn)發(fā)器等；軍事上，可以

3、以此為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)出S波段上的1KW～10KW連續(xù)波微波固態(tài)功率放大系統(tǒng)，應(yīng)用于發(fā)射機(jī)。本論文重點(diǎn)研制百瓦級(jí)S波段高功率微波固態(tài)功率放大器。對(duì)高功率微波固態(tài)功放的關(guān)鍵技術(shù)如寬帶匹配技術(shù)、功率合成技術(shù)進(jìn)行了討論分析。采用理論分析與射頻電路仿真軟件相結(jié)合的方法，設(shè)計(jì)出一個(gè)基于LDMOSFET的S波段180W兩級(jí)固態(tài)功率放大模塊，包括功分/合成設(shè)計(jì)考慮，180W功率放大器設(shè)計(jì)和40W驅(qū)動(dòng)功率放大電路，這些工作為下一步千瓦級(jí)固態(tài)功率放大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與

4、研制奠定了基礎(chǔ)。 設(shè)計(jì)的末級(jí)180W功率放大器仿真結(jié)果表明在頻率范圍為2.0～2.3GHz，增益達(dá)到14.7dB，增益平坦度為1dB。PldB輸出功率大于50dBm，功率附加效率大于45％。第一載波頻率為2.13808GHz，第二載波頻率為2.14192GHz，輸出功率為43dBm，三階交調(diào)系數(shù)IM3小于-43dBc，。飽和輸出功率達(dá)53dBm，最大功率附加效率達(dá)60％。 設(shè)計(jì)的40W驅(qū)動(dòng)功率放大器仿真結(jié)果表明在頻率范圍

5、為2.0～2.3GHz頻帶內(nèi)，PldB達(dá)46dBm，功率附加效率大于45％，功率增益是13.1dB，三階交調(diào)系數(shù)為-45dBc，具有較好的線性性能。 設(shè)計(jì)的兩級(jí)功率放大模塊仿真結(jié)果表明在頻率范圍為2.0～2.3GHz頻帶內(nèi)，PldB輸出功率大于50dBm，功率附加效率大于50％，線性增益達(dá)到28dB以上，輸出功率為40dBm時(shí)，三階交調(diào)系數(shù)小于-43dBc。飽和輸出功率最高可以達(dá)到53.6dBm，功率附加效率大于40％。

6、 經(jīng)過(guò)初步調(diào)試，40W功率放大器具有14.8dB的增益，頻率范圍約為1.8～2.2GHz，增益平坦度較好，性能穩(wěn)定，有利于進(jìn)行下一步工作。 本文針對(duì)微波固態(tài)功率放大器進(jìn)行了熱設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)研究熱設(shè)計(jì)的基本原理，采用理論計(jì)算和Ansys軟件仿真，提出了強(qiáng)迫風(fēng)冷的具體熱設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)出了散熱能力可達(dá)1KW的散熱器，進(jìn)行了熱阻分析，風(fēng)機(jī)討論，冷板設(shè)計(jì)及風(fēng)道考慮。同時(shí)，此系統(tǒng)具有兼容性，通過(guò)優(yōu)化，可以進(jìn)一步提高散熱能力，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。

7、 本論文的主要工作在于對(duì)高功率S波段微波固態(tài)功率放大器的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行較為全面地研究，同時(shí)實(shí)際加工制作，裝配及調(diào)試測(cè)量。這些研究工作在強(qiáng)輻射重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室還是第一次，為促進(jìn)固態(tài)-真空器件技術(shù)的有機(jī)結(jié)合作了重要性起步工作。本文采用LDMOSFET，通過(guò)優(yōu)化分析和設(shè)計(jì)，使功放的性能指標(biāo)有了較大突破；所設(shè)計(jì)的S波段180WLDMOSFET功率放大器既能應(yīng)用于3G基站，又可以作為單元功率放大模塊，通過(guò)徑向功率合成實(shí)現(xiàn)1～10KW連續(xù)波固態(tài)功率放大系