【摘 要】
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随着新一代无线通信系统的发展,市场对其核心模块射频功率放大器（Radio frequency power amplifier,RFPA）提出更高的要求,功放需要同时具备高输出功率、高效率、以及宽频带的特性。为提升功放性能,简化设计流程,电子设计自动化（Electronic design automation,EDA）工具被大量使用,晶体管模型为EDA工具与功放设计之间架起了桥梁,准确的晶体管模型是
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随着新一代无线通信系统的发展,市场对其核心模块射频功率放大器（Radio frequency power amplifier,RFPA）提出更高的要求,功放需要同时具备高输出功率、高效率、以及宽频带的特性。为提升功放性能,简化设计流程,电子设计自动化（Electronic design automation,EDA）工具被大量使用,晶体管模型为EDA工具与功放设计之间架起了桥梁,准确的晶体管模型是高质量高效率功放设计的基础。X参数,作为基于黑盒子架构的行为模型,相比于传统等效电路模型及物理基模型,具有更高的预测精度以及建模效率。尤其在器件饱和非线性区域,X参数模型显示了较强的非线性预测能力,但其在功放电路设计中的应用研究仍然不足。本文旨在研究基于X参数模型的各类宽带高效功放设计技术,为行为模型在不同类型功放设计中的应用建立基础,并验证其可行性。首先,本文基于宽带负载牵引技术提取了10 W氮化镓（Gallium nitride,Ga N）高电子迁移率晶体管器件（High electron mobility transistors,HEMT）的X参数模型,在此基础上采用切比雪夫低通结构设计并实测了一个多倍频程功放。在0.7GHz-2.3 GHz内,该功放输出功率保持在39.5 d Bm-42.4 d Bm之间,增益大于11d B,漏极效率高于60%,并且在2 GHz左右漏极效率达到73%。接着,基于提取的X参数模型设计并制作了一款工作频率在1.4 GHz-1.6GHz范围内窄带Doherty功放（DPA）,为连续宽带DPA设计奠定基础。然后,提取了包含封装平面及电流平面的适用于连续宽带DPA设计的X参数模型,设计并实测了一款基于后匹配技术的连续宽带DPA。在1.1 GHz-1.8 GHz工作频带内,制作的DPA饱和输出功率达到44.3 d Bm,饱和漏极效率超过68%,输出功率回退（Output power back-off,OBO）6 d B时效率仍超过51%,增益大于9 d B。最后,研究并提出了基于X参数的负载调制平衡功率放大器（Load modulation balanced amplifier,LMBA）设计方案。通过提取基于负载牵引X参数的晶体管模型、控制功放模型及平衡功放模型,给出了基于X参数的LMBA详细设计方案。设计并实测了一款工作在1.3 GHz-1.6 GHz,饱和输出功率为43.2d Bm,漏极效率超过73%,9 d B-10 d B OBO效率仍超过52%的LMBA。
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