论文总字数：13411字

摘 要

现阶段，各种无线通信系统都在快速发展，如GSM系统、GSMIX双模系统、WCDMA系统、TD-SCDMA系统、蓝牙和Wi-Fi，这就使得半导体器件和射频功率放大器的研究进程大大加速。射频功率放大器在无线通信系统中扮演着非常非常重要的角色，它设计的好坏将会直接影响到整个系统的性能，比如射频功率放大器的输出功率可以决定通信距离的长短，它的效率可以决定电池的消耗程度以及使用时间，因此设计出一种性能良好的放大器对于无线通信系统就显得尤为的重要。射频功率放大器的电路设计困难度很大，所以很多高功率放大器的相关设计都以国外的公司为主。本文将主要介绍射频功率放大器的一些理论基础以及射频功放的设计方法分析，并且结合ADS射频仿真软件对射频功率放大器的设计做一个初步探讨。

关键词：无线通信；功率放大器；负载牵引；晶体管

Design of RF Power Amplifier

Abstract

At this stage, various wireless communication systems are developing rapidly, such as the GSM system, the GSMIX dual-mode system, the WCDMA system, the TD-SCDMA system, the Bluetooth and the Wi-Fi, which greatly accelerate the research process of the semiconductor device and the RF power amplifier. The radio-frequency power amplifier plays a very important role in the wireless communication system, and the design of the radio-frequency power amplifier can directly influence the performance of the whole system, such as the output power of the radio-frequency power amplifier can determine the length of the communication distance, its efficiency can determine the level of consumption of the battery and the time of use, so it is designed to have a good performance Amplifier is very important for wireless communication system. The circuit design of RF power amplifier is very difficult, so many high power amplifiers are mainly designed by foreign companies. This paper mainly introduces the theoretical basis of RF power amplifier and the design method of RF power amplifier, and makes a preliminary discussion on the design of RF power amplifier with ADS RF simulation software.

Keywords: Wireless Communication，Power Amplifier，Load Traction，Transistor

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2本文研究主要内容及结构 1

第二章 射频功率放大器基础理论 2

2.1功率放大器的特点 2

2.2功率管的工作状态 2

2.3功率放大器技术指标 3

第三章 射频功率放大器设计方法分析 4

3.1 ADS简介 4

3.2史密斯圆图 4

3.3阻抗匹配分析 6

3.4 S矩阵的定义 7

第四章 ADS软件仿真设计 9

4.1 静态工作点扫描 9

4.2源牵引和负载牵引 10

4.3阻抗匹配 12

第五章 结束语 18

致 谢 18

参考文献 20

第一章 引言

1.1课题研究背景及意义

近几年移动无线通信网络的发展十分快速，所以人们对于小型的、低成本的射频功率放大器产生了浓厚的兴趣，行业竞争越来越激烈。射频功率放大器的性能之所以会受到人们的特别关注，是因为它会对正处于通话状态的移动台产生非常大的影响。如果能够很好地进行优化，这将会带给人们很大的市场效益。此外，降低基站的功耗也会对成本产生很大的影响，其中功放起着非常重要的作用。随着现代无线通信技术的飞速发展，模拟通信系统在不断地发展中。数字通信系统也在不断地更新换代，逐渐地退出了历史的舞台。这些变化都使得射频功率放大器的技术指标变得越来越严格。如何才能满足现代移动通信系统的要求，这仍然是一个值得人们思考的问题。在下一代无线通信发射机中，线性度和效率是两个非常重要的指标。本文主要分析了射频功放的基础理论知识以及它的设计方法，并利用ADS软件来对射频功放的设计进行了一个初步的探讨。

1.2本文研究主要内容及结构

本文主要分析了射频功放的基础理论知识以及它的设计方法，并且利用ADS软件来对射频功放的设计进行了一个初步的探讨。本文一共分为五大部分：

第一部分是引言，主要是用来介绍课题的设计背景，以及本论文各个章节的大致内容。

第二部分是射频功放的一些基础理论知识，包括它的分类以及设计的指标。

第三部分来分析射频功放的设计思路和方法，首先简单描述ADS射频仿真软件的简介和特点，然后介绍负载牵引技术，S参数分析和谐波平衡法。

第四部分用一个ADS的仿真实例来分析了简单射频功放的一个过程。

最后一部分是结束语，总结本次设计的构思、设计经过及感想收获。

第二章 射频功率放大器基础理论

2.1功率放大器的特点

首先，由于功率放大器要输出的是大功率，所以一定要采取大功率管，而不是像电压放大器那样采用一个小功率管；其次，由于要求功率大，要在大信号工作，小信号的模型在这里将不再适用，所以我们要采取的是图解法来进行分析；再次，设计功率放大器需要关注的性能指标和电压放大器也是不一样的，有以下几点不同，第一，功率放大器首先要关注的是它的输出功率的大小，第二，由于功率大了，如果效率不高的话就有可能会产生很多的浪费，所以设计的功率放大器还需要具有高效率，第三，因为是大信号，信号是有可能要工作在非线性区的，所以需要考虑到非线性失真的问题；最后，由于是大功率大信号，需要保证功率器件的安全，所以还需要考虑到例如极限参数选择等许多的问题。综上所述，研究功率放大器的侧重点和角度和一般的电压电流放大器都是不一样的，设计者对于设计出符合要求的功率放大器主要考虑的问题就是在非线性失真容许的范围之内如何才能够高效率地向负载输出大功率。

2.2功率管的工作状态

学习过模拟电子电路技术的人都会知道对于电压放大器这种小信号都是希望它在整个信号变化范围之内都能够工作在放大区的，这种工作状态工作点选择的一般都比较高。可以根据直流工作点位置的不同，将放大管工作类型分成以下几种，甲类（A类）、乙类（B类）、丙类（C类）等等。

所谓甲类，也称之为A类，它的工作点Q选的比较高，即I_CQ比较大，信号作为输入信号如果是以正弦信号为例的话，它在360°变化之内，管子都是导通的。现在定义一个通角，即是导通角的一半，那么A类的导通角是360°，通角是180°。

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