VHF宽带功率放大器设计1
用于UHF RFID的功率放大器设计
用于UHF RFID的功率放大器设计摘要：功率放大器是UHF RFID系统的重要模块，也是RFID系统中功耗最大的器件。
本文采用TSMC0.18rf CMOS工艺，设计了一款用于RFID的线性功率放大器。
在915 MHz频段，最大输出功率为17.8 dBm，饱和效率达到了40%，输出1 dB压缩点（P1dB）为15.4 dBm，其小信号增益达到了28.7 dB。
关键词： RFID；CMOS功率放大器；1dB压缩点；小信号增益；PAE1 RFID系统与PA 近年来，无线通信技术得到了迅速发展。
射频识别RFID（Radio Frequency Identification）作为一种新兴的自动化识别技术已经广泛应用于物流管理、门禁管理等多个领域，有广泛的应用前景和巨大的市场价值。
其基本原理是利用射频信号的反射传输，实现读写器与标签之间的通信[1]。
一个典型的RFID系统包括读写器、标签、后台计算机等[2]，功率放大器是RFID系统的最后一级，它负责将基带电路传送来的调制信号放大，然后通过天线发射出去。
由于功率放大器存在非线性失真等非理想因素，而且是系统中功耗最大的器件，故必须仔细设计,以免影响发射信号质量。
目前功率放大器市场上较为流行的工艺是砷化镓（GaAs）工艺，它具有良好的高频特性，但价格昂贵。
随着便携式设备的广泛应用，低压、低成本、高效率IC(Integrated Circuit)成为技术研究的重点。
现今CMOS工艺的截止频率能达到100 GHz以上，显示了良好的高频特性。
而其工艺简单、价格便宜、易于与其他模块集成的特点，也使得CMOS功率放大器得到了广泛的研究和应用，现在已经有研究人员设计了60 GHz的功率放大器[3，4]。
本文采用台积电的CMOS工艺(TSMC0.18rf)，实现了一款用于RFID读写器的功率放大器，工作频段为902 MHz～928 MHz。
系统采用幅移键控调制方式（ASK），为了保证线性度，同时兼顾效率，故放大器工作在AB类。
宽带放大器设计说明书
宽带放大器设计说明书目录摘要 (1)第一章引言 (1)1.1宽带放大器的概述 (1)1.2本课题设计的意义 (3)第二章总体设计 (3)2.1宽带放大器的主要技术指标 (3)2.2设计要求 (4)2.3 方案论证与比较 (4)2.3.1 可控增益放大器 (4)2.3.2 后级固定增益放大器 (5)2.4 总体设计思路 (5)2.5 AD603芯片简介 (6)2.5.1 AD603的特性 (6)2.5.2 电气性能 (6)2.5.3 使用注意事项 (8)2.6 直流稳压电源 (9)2.7 前级放大器和AGC的设计 (9)2.8后级放大设计 (12)第三章电路安装与调试 (14)3.1 电路的安装 (14)3.2主要测试仪器 (14)3.3 测试 (14)总结 (15)参考文献 (16)致谢 (17)附录 (18)摘要本设计部分采用集成电路，具有硬件电路形式简单，调试容易，频带宽，增益高，AGC动态范围宽的特点，且增益可调。
本宽带放大器以可编程增益放大器AD603为核心，主要由三个模块电路构成：前级放大电路、后级放大电路、AGC自动增益控制电路。
电路由三级放大器组成，前级放大主要是提高输入阻抗，对小信号进行放大；中间级为可变增益放大器，主要作用是实现增益可调及AGC功能。
后级放大进一步增加放大倍数，扩大输出电流，提升放大器的带负载能力，提高输出电压幅度。
由于宽带放大器普遍存在容易自激及输出噪声过大的缺点，本系统采用多种形式的屏蔽措施减少干扰，抑制噪声，以改善系统性能。
关键词：前级放大器，AGC自动增益控制，后级放大器，宽带放大器，AD603第一章引言1.1宽带放大器的概述随着电子技术的发展及其应用的日益广泛，被处理信号的频带越来越宽。
例如，在电视接收机中，由于图像信号占有的频率范围为0~6MHz。
为了不失真地进行放大，要求放大器的工作频率至少50Hz~5MHz,最好是0~6MHz。
再如，在300MHz的宽带示波器中，Y轴放大器需要具有0~300MHz的通频带。
宽带射频功率放大器设计
•导读: 介绍了一种分析同轴线变换器的新方法，建立了理想与通用模型，降低了分析难度和简化了分析过程。
通过研究分析，提出了一种同轴变换器与集总元件相结合的匹配电路设计方法，通过优化同轴线和集总元件的参数，实现放大器的最佳性能。
o关键字o功率放大器阻抗变换器•阻抗变换器和阻抗匹配网络已经成为射频电路以及最大功率传输系统中的基本部件。
为了使宽带射频功率放大器的输入、输出达到最佳的功率匹配，匹配电路的设计成为射频功率放大器的重要任务。
要实现宽带内的最大功率传输，匹配电路设计非常困难。
本文设计的同轴变换器电路就能实现高效率的电路匹配。
同轴变换器具有功率容量大、频带宽和屏蔽好的特性，广泛应用于VHF/UHF波段。
常见的同轴变换器有1:4和1:9阻抗变换，如图1所示。
但是实际应用中，线阻抗与负载不匹配时，它们的阻抗变换不再简单看作1:4或1:9.本文通过建立模型，提出一种简化分析方法。
1 同轴变换器模型同轴变换器有三个重要参数：阻抗变换比、特征阻抗和电长度。
这里用电长度是为了分析方便。
当同轴线的介质和长度一定时，电长度就是频率的函数，可以不必考虑频率。
1.1理想模型理想的1:4变换器的输入、输出阻抗都匹配，每根同轴线的输入、输出阻抗等于其特征阻抗Z0，其等效模型如图2所示。
其源阻抗Zg与ZL负载阻抗变换比为：图2和公式（1）表明：变换器的阻抗变换比等于输入阻抗与输出阻抗之比。
同轴变换器的输入阻抗等于同轴线的输入阻抗并联，输出阻抗等于同轴线的输出阻抗串联。
1.2通用模型由于特征阻抗是实数，而源阻抗与负载阻抗一般都是复数，所以，就不能简单的用变换比来计算。
阻抗匹配就是输入阻抗等于源阻抗的共轭，实现功率的最大传输。
特征阻抗为Z0，电长度为E的无耗同轴线接复阻抗的电路如图3所示。
由于源阻抗与同轴线特征不匹配，电路的反射系数就不是负载反射系数。
由于同轴线是无耗的，进入同轴线的功率就等于负载消耗的功率。
那就可以把电路简化只有一个负载Zin，又因为Zg与Zin都是复数且串联，就可以把Zg中的虚部等效到Zin中，最后得到反射系数为：其中：当反射系数为零时，功率可以无反射的传输，这时阻抗实现完全匹配。
一种宽带高效率的连续逆F类功率放大器及其设计方法[发明专利]
![一种宽带高效率的连续逆F类功率放大器及其设计方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/8b87d61abc64783e0912a21614791711cc797908.png)
(10)申请公布号(43)申请公布日 (21)申请号 201510092406.1(22)申请日 2015.02.28H03F 3/20(2006.01)H03F 1/02(2006.01)H03F 1/42(2006.01)(71)申请人东南大学地址211189 江苏省南京市江宁区东南大学路2号(72)发明人朱晓维 孙引进 张雷 孟凡(74)专利代理机构南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙) 32249代理人杨晓玲(54)发明名称一种宽带高效率的连续逆F 类功率放大器及其设计方法(57)摘要本发明公开了一种连续逆F 类高效率功率放大器及其设计方法，该功率放大器包括五段高低阻抗传输线式输入匹配电路，六段高低阻抗传输线式输出匹配电路，可调节式输入馈电网络，宽带输出馈电网络。
本发明基于改进的具有谐波控制的简易实频技术匹配算法，对功率放大器的输入输出阻抗进行宽带匹配，实现宽带连续逆F 类高效率工作。
该设计方法在提高效率的同时避免了一般的低通滤波器原型设计方法中的基板材料介电常数受限的缺点，实现了可以应用于更高介电常数板材的连续逆F 类功率放大器。
本发明在高效率宽带功率放大器应用背景下，针对综合的宽带高效率设计方法需求，具有结构简单、体积紧凑、适用性更加广泛的优点。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书9页 附图4页(10)申请公布号CN 104617896 A (43)申请公布日2015.05.13C N 104617896A1.一种宽带高效率的连续逆F类功率放大器，其特征在于：包括功率放大器(5)、高低阻抗传输线式输入匹配网络(1)、高低阻抗传输线式输出匹配网络(2)，可调式输入馈电网络(3)以及宽带输出馈电网络(4)；高低阻抗传输线式输入匹配网络(1)中包括第一传输线；高低阻抗传输线式输出匹配网络(2)包括第二传输线；所述高低阻抗传输线式输入匹配网络(1)包括第一传输线中顺序连接的第二高阻抗传输线(14)、第二低阻抗传输线(13)、第一高阻抗传输线(12)、第一低阻抗传输线(11)；第一开路枝节线(15)与第一传输线的输入端并联；其中，第二高阻抗传输线(14)作为第一传输线的输入端，第一低阻抗传输线(11)作为第一传输线的输出端；第一传输线的输出端与功率放大器(5)的输入端连接；所述高低阻抗传输线式输出匹配网络(2)包括第二传输线中顺序连接的第三高阻抗传输线(21)、第三低阻抗传输线(22)、第四高阻抗传输线(23)、第四低阻抗传输线(24)和第五高阻抗传输线(25)；第二开路枝节线(26)与第二传输线的输出端并联；其中，第三高阻抗传输线(21)作为第二传输线的输入端，第五高阻抗传输线(25)作为第二传输线的输出端；第二传输线的输入端与功率放大器(5)的输出端连接；所述可调式输入馈电网络包括电阻(31)、第一扼流电感(32)、可调节长度传输线(33)以及N个旁路电容；电阻(31)的一端与第一传输线的输出端连接；电阻(31)的另一端通过第一扼流电感(32)与可调节长度传输线(33)的一端连接；可调节长度传输线(33)的另一端分别与N个旁路电容的一端连接，其N个旁路电容的另一端均接地，N≥4，且N为正整数；所述可调节长度传输线(33)包括相互平行的输出线(331)和输入线(333)，在输出线(331)和输入线(333)之间设置有a条相互平行的传输线(332)，并且传输线(332)与输出线(331)垂直；其中a为≥2，并且a为正整数；所述宽带输出馈电网络包括第二扼流电感(41)、以及M个旁路电容；所述第二扼流电感(41)的一端连接在第三高阻抗传输线(21)与第三低阻抗传输线(22)间；所述第二扼流电感(41)的另一端分别与M个旁路电容的一端连接，其M个旁路电容的另一端均接地，所述M≥3，且M为正整数；所述第一传输线的输入端即为连续逆F类功率放大器的输入端，所述第二传输线的输出端即为连续逆F类功率放大器的输出端。
V波段超宽带功率放大器芯片的设计
V波段超宽带功率放大器芯片的设计作者：***来源：《现代信息科技》2022年第04期摘要：介紹了一款V波段超宽带放大器芯片，采用GaAs pHEMT工艺制作。
该芯片具有超宽带、高增益、高效率、小尺寸等优点，主要用于射频信号放大。
微波在片测试系统对该芯片实际测试结果显示，在50 GHz～66 GHz范围内，小信号增益24 dB～26 dB，1 dB压缩输出功率大于18 dBm，电流小于120 mA，带内输入/输出电压驻波比小于1.4：1，芯片尺寸为3.20 mm×1.40 mm×0.07 mm。
关键词：功率放大器;砷化镓;超宽带;微波单片集成电路中图分类号：TN43 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）04-0069-03Design of V Band Ultra Wideband Power Amplifier ChipXU Wei（The 13th Research Institute of CETC， Shijiazhuang 050051， China）Abstract： A V-band ultra wideband amplifier chip is introduced， which is fabricated by GaAs pHEMT process. The chip has the advantages of ultra wideband， high gain， high efficiency and small size. It is mainly used for RF signal amplification. The actual test results of the chip given by the microwave on-chip test system show that in the range of 50 GHz～66 GHz， the small signal gain is 24 dB～26 dB， the 1 dB compression output power is greater than 18 dBm， the current is less than 120 mA， the in-band input/output voltage standing wave ratio is less than 1.4：1， and the chip size is 3.20 mm × 1.40 mm × 0.07 mm。
宽带大功率放大器设计
宽带大功率放大器设计作者：陈小兵来源：《数字技术与应用》2019年第01期摘要：本文介绍了一款输出功率大于200W的宽带功率放大器。
该放大器的带宽跨越了5个倍频程，放大器使用推挽式场效应晶体管，采用负反馈技术、集总元件、微带混合宽带匹配电路实现，并加入自动功率控制（ALC）技术。
通过ADS软件的仿真和反复调试，得到理想的结果。
关键词：放大器；宽带；大功率；负反馈；推挽中图分类号：TN722.75 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）01-0199-01功率放大器在众多通讯设备中起着关键作用。
随着现代移动通信的快速发展，宽带、大功率的放大器有广阔的应用前景。
VHF/UHF波段由于波长较长，电路需要大量采用集总参数元件，电路中集中参数和分布参数电路的特性往往同时存在。
按照传统的匹配电路设计思路和方法进行电路仿真设计，往往得不到较为满意的测试结果，因此宽带匹配技术是本次设计的难点。
如何解决集总参数元件寄生参量对电路的影响，是设计此类电路的关键。
1 功率放大器的设计1.1 设计指标工作频段：30MHz～520MHz；输入电压驻波比：1.2 整体方案的设计输入信号首先经过电调衰减电路，该电路主要用于ALC环路之中，在功率放大器的输出端接入耦合器，对耦合出来的射频信号进行检波来获得相应的电压，将电压反馈至电调衰减电路，完成对输入信号的控制。
接着射频信号经四级放大链路进行放大，得到输出需要的大功率。
放大器设计框图如图1。
此宽带功率放大器的增益高、频带宽、功率大，因此，加入了负反馈电路来保证功率放大器的稳定性。
并在电路中增加自动功率控制（ALC）电路，控制最大输出功率。
由于需要的增益较高，放大链路采用四级。
预前级、前级选用集成放大器，工作在小信号状态下，这两级电路设计比较简单，可以为整个链路提供32dB的增益。
后两级选用MOSFET场效应管，均为对管结构，推动级功放管采用SEMELAB公司的功率管，可以提供10dB的增益和大于10W的功率输出，末级功放管采用NXP公司的大功率LDMOS管，可以提供15dB的增益和大于200W 的功率输出，后两级使用推挽平衡结构并使其工作在AB类，兼顾放大器的效率和线性。
宽带直流放大器设计方案
图 3-1
2.通频带选择电路
通过单片机一个 IO 口控制继电器，切换 5M 和 10M 通频带，电路如图 3-2 所示。
图 3-2
3．椭圆滤波器
我们使用 Filter Solutions 分别设计了-3dB 截止频率为 5MHz 和 10MHz 的九阶 无源椭圆滤波器。 并通过仿真软件对电容电感值做调整。 图 3-2 分别为 5MHz 和 10MHz 的椭圆滤波器电路及其幅频特性曲线图。
2.中间增益放大级方案论证
方案一：采用三极管构成多级放大电路
若用分立元件构成 60dB 放大器，则须采用三极管构成的多级放大器。此方案 有选材方便和成本较低的优点，但是选择性能合适的三级管比较费时间，选择合适 的三极管配对组合更是不容易，并且题目给出的指标较高，三级管构成的多级放大 器容易引起更多的干扰，影响放大质量。此外，晶体管构成的多级放大电路不易实 现大范围的增益连续可调，这是相比于集成运算放大器的又一大缺点。所以，我们 对下一种方案进行论证。 方案二：使用集成运放 OPA620 构成 2 级放大 单个 OPA620 的增益可调范围为 -20bB — +20dB ，采用两级相连，则可以实 现-40dB-+40dB 的可调范围。从厂商的数据手册可以看出，OPA620 外围电路简单， 容易操控，通频带内增益起伏小于 0.05dB，且放大效果较好。但是若要求实现提高 部分 0-60dB 全范围的连续可调，两级 OPA620 放大则不能达到题目要求。 方案三：使用低噪声增益可控放大器 AD603 使用两级 AD603 构成的增益可调放大电路。 AD603 是主要用于 RF 和 IF AGC 系统的低噪声可调增益放大器， 它具有引脚可 编程增益功能，可以使用一个外部电阻设置增益范围内的任何增益子范围，控制接 口可以输入差分电压，也可以输入单端的正控制或负控制电压，使用十分方便。单 级 AD603 便可以实现 0-40dB 的电压放大， 且该增益范围内有 30MHz 的频带宽， 性 能优异，如果采用两级连放，理论上可以实现 0-80dB 的增益可调范围，能满足题目 要求。其次，AD603 构成的增益可控放大电路有很大的提升空间，可以通过电位器 获取基准电压进行手动控制，通过模拟开关连接电阻器实现增益程控，通过单片机 配合 DAC 模块实现不同精度的增益数控。 所以比较上述两种方案，AD603 与 OPA620 相比，容易实现增益数控，AD603 有更高的性价比，我们最终选择方案三。
VHF宽带功率放大器设计
VHF 宽带功率放大器设计陈 琦1,徐 军1,雷 毅2(1.电子科技大学物理电子学院,四川省成都市610054;2.深圳迈科信科技有限公司,广东省深圳市518000)摘 要:仿真并设计了一款VHF 波段宽带大功率放大器。
匹配网络采用传输线变压器宽带匹配技术以及微带混合电路,使功率极好地传输。
末级采用多个放大器功率合成来满足大功率的要求。
采用了负反馈网络改善电路性能,通过预失真网络的调整得到较好的功率平坦度,采用输出耦合反馈控制电路保证功放正常工作。
该功放在20MHz ～90MHz 频段内输出功率大于50d Bm ,且具有较好的增益平坦度和较高的效率。
给出了测试结果,满足设计要求。
关键词:VHF;功率放大器;巴伦中图分类号:T N722收稿日期:2008206212;修回日期:2008208218。
0 引 言现代移动通信的迅猛发展,功率放大器在现代电子微波系统中越发凸显了其必不可少的重要性。
特别是软件无线电的出现,对功率放大器的带宽有了更高的要求。
实现软件无线电的关键技术之一就是宽带射频前端,作为射频前端模块的重要部件,宽带线性功率放大器对通信系统的性能起着关键作用。
本文设计了一个宽带高线性功率放大器。
微波功率放大器设计关键在于其输入输出匹配电路。
功放匹配电路的设计主要有动态阻抗匹配、大信号S 参数法仿真、谐波平衡法等。
设计宽带线性功率放大器时,必须在放大器的带宽、输出功率和非线性等指标之间折中。
功率放大器的各部件都对输出的非线性有影响,其中最主要的是驱动放大器和末级功率放大器。
本文选用放大模块作为驱动放大器。
末级功率放大器选用了增强型LDMOS 大功率场效应管,利用管子的非线性模型,采用谐波平衡法仿真。
设计中使用了Advanced Design Syste m s,Aut o CAD,p r otel 等软件。
1 功率放大器的技术指标要求技术指标要求如下:工作频带为20MHz ～90MHz;输入功率为-10d Bm ～10dBm;输出功率(1d B 压缩点)为≥50d Bm ;增益为≥40d B ;增益平坦度为±1dB;VS WR (in )为1.5∶1.0;谐波抑制为2次谐波≥14dBc,3次谐波为≥10d Bc;交调抑制为≥15dBc;杂波输出为-70d Bc;温度(壳温)范围为-25℃～55℃。