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双频带可重构功率放大器设计

冀常鹏 张凯威 南敬昌

冀常鹏,张凯威,南敬昌. 双频带可重构功率放大器设计[J]. 电波科学学报,xxxx,x(x): x-xx. DOI: 10.12265/j.cjors.2021207
引用本文: 冀常鹏,张凯威,南敬昌. 双频带可重构功率放大器设计[J]. 电波科学学报,xxxx,x(x): x-xx. DOI: 10.12265/j.cjors.2021207
JI C P, ZHANG K W, NAN J C. Design of dual-band reconfigurable power amplifier[J]. Chinese journal of radio science,xxxx,x(x): x-xx. (in Chinese). DOI: 10.12265/j.cjors.2021207
Citation: JI C P, ZHANG K W, NAN J C. Design of dual-band reconfigurable power amplifier[J]. Chinese journal of radio science,xxxx,x(x): x-xx. (in Chinese). DOI: 10.12265/j.cjors.2021207

双频带可重构功率放大器设计

doi: 10.12265/j.cjors.2021207
基金项目: 国家自然科学基金项目(61971210);辽宁特聘教授项目(551806006)
详细信息
    作者简介:

    冀常鹏:(1970—),男,黑龙江人,教授,硕士生导师,主要研究方向为信号检测与估计、精确定位导航等

    张凯威:(1995—),男,河南人,硕士研究生,主要研究方向为射频无线通信

    南敬昌:(1971—),男,河南人,博士,教授,硕士生导师,主要研究方向为射频电路与器件、多媒体信息编码、通信系统仿真等

    通讯作者:

    张凯威 E-mail:897385470@qq.com

  • 中图分类号: TN722

Design of dual-band reconfigurable power amplifier

  • 摘要: 为解决5G无线通信系统中频谱资源日益紧张的问题,提出了一种新颖的双频带可重构电路结构. 该结构在输出匹配上使用PIN开关控制支路的工作状态,可完成不同工作波段的切换. 首先,基于宽带滤波器理论设计了输入匹配,实现了1.5~4.5 GHz的良好匹配;然后使用LC谐振理论和π等效,将集总电路转化为分布电路,优化了电路在高频处的性能;最后,设计并制作了一种部分覆盖L、S和C波段的可重构功率放大器. 测试结果表明,在1.50~2.85 GHz时输出功率大于39.5 dBm,功率附加效率(power added efficiency,PAE)高于39.5%;在3.15~4.50 GHz输出功率大于38.1 dBm,PAE大于43.5%. 测试结果满足设计要求,验证了理论的正确性. 该结构综合了可重构和宽带技术的优点,对无线通信系统未来的发展有着重要的意义.
  • 图  1  双频带可重构功放整体结构

    Fig.  1  The overall structure of the reconfigurable dual-band power amplifier

    图  2  微带结构PIN开关电路结构

    Fig.  2  Microstrip PIN switch circuit structure

    图  3  PIN开关S参数仿真图

    Fig.  3  Simulation results of the S parameter of PIN switch

    图  4  三阶低通滤波器

    Fig.  4  Third-order low-pass filter

    图  5  三阶带通滤波器

    Fig.  5  Third-order bandpass filter

    图  6  Norton转换原理

    Fig.  6  Norton conversion principle

    图  7  Norton转换后的宽带匹配网络

    Fig.  7  Broadband matching network after Norton transformation

    图  8  两次Norton转换后的匹配网络

    Fig.  8  Matching network after two Norton conversions

    图  9  宽带网络分布参数模型

    Fig.  9  Distribution parameter diagram of broadband network

    图  10  输入匹配仿真结果

    Fig.  10  Simulation results of input matching

    图  11  可重构宽带匹配电路

    Fig.  11  Reconfigurable broadband matching circuit

    图  12  功放输出匹配仿真图

    Fig.  12  Simulation diagram of Power amplifier output matching

    图  13  双频带可重构功放整体电路图

    Fig.  13  The overall circuit diagram of the reconfigurable dual-band power amplifier

    图  14  功放实物图

    Fig.  14  Photograph of the fabricated PA

    图  15  双频带可重构功放仿真与实测对比

    Fig.  15  Comparison of simulation and actual measurement of multi-band reconfigurable power amplifier

    表  1  可重构输出匹配网络工作情况

    Tab.  1  Network work of reconfigurable output matching

    频率/GHz开关情况工作情况
    1.50~2.851、2开,3、4、5关上半部分
    3.15~4.501、2关,3、4、5开下半部分
    下载: 导出CSV

    表  2  可重构功放性能比较

    Tab.  2  Performance comparison of reconfigurable power amplifiers

    文献工作频段(点)/GHz增益/dB输出功率/ dBmPAE
    /%
    [12]1.8~2.7
    2.7~3.4
    7.2~11.2
    42.3~43.9
    42.2~43.7
    45~62.3
    36.7~48.5
    [18]1.7~2.7
    3.1~3.9
    10~12
    8.9~9.9
    38.1~38.7
    37.1~38.9
    未给出
    [19]0.9/1.8>10.5>38.5>57.9
    本文1.50~2.85
    3.15~4.50
    9~13.3
    8.5~13.6
    39.3~41.5
    38.4~41.6
    39.5~60.9
    43.5~58.3
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-06
  • 录用日期:  2022-03-21
  • 网络出版日期:  2022-03-21

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