全局优化的准线性高效率微波固态功率放大器研究

在放大高峰均比信号时，为了解决现有的微波固态功率放大器效率低下的问题，本项目基于动态电源调制和E类开关功放等电路理论和设计技术，提出了全局优化的准线性高效率微波固态功率放大器设计理论。其主要研究内容是：准线性高效率固态功放的优化设计技术；复杂信号驱动时准E类功放的性能变化分析；动态电源调制的控制策略；面向代价函数的功放全局效率优化算法；准线性高效率固态功放的性能测试。本项目采用的动态电源调制技术既能保证准E类功放持续工作在高效率的状态，又能克服准E类功放输出功率动态范围较低的缺点。对输入功率和电源调制进行联合控制的全局优化算法，在一定程度上牺牲了E类功率放大器的最高效率，但克服了信号带宽及峰均比增加时功放平均效率下降的缺点。通过该项目的研究，将为具有大动态范围的高效率微波固态功放的设计提供可实现的方案，促进下一代通信系统发射机性能指标的提高。

本项目采用了极坐标发射机的结构作为高效率微波固态功率放大器的主要研究方向。确立了高效率谐波控制类高效率放大器，宽带高效率电源调制器，实际信号驱动时功放性能分析，宽带调相驱动信号产生及极坐标发射机全局优化作为主要研究要点。. 在高效率谐波控制类功放设计方面，深入研究了F类，J类和准E类功放的基本理论及设计方法。为达到在微波频段高效率的性能目标，在晶体管模型、电流源参考面校准，输入、输出二次及三次谐波阻抗控制及实现方法等方面深入挖掘，提出并实现了一系列具有较高效率指标的微波频段谐波控制类高效率功率放大器。在这方面共发表SCI检索期刊论文3篇，国际会议论文3篇，获得国际竞赛奖项3人次，申请发明专利1项。. 在宽带高效率电源调制器设计方面，首先对极坐标发射机幅度放大通道的带宽限制对发射机系统指标的影响进行了理论分析，为电源调制器的带宽设计目标给出了理论依据。本项目还提出了一种基于E类功放及整流器的宽带电源调制器新结构，理论分析表明其稳态功率损耗较小。研究还针对调制器在暂态过程中的损耗及失真机制进行了分析，结果表明该电源调制器在放大宽带幅度包络时能保持较高效率及适中的线性度。在该研究点共发表SCI检索期刊论文2篇，国际会议论文1篇，申请发明专利2项。. 在实际信号驱动时功放的性能分析方面，对正弦信号驱动时的谐波控制类功放及E类开关功放从功率回退点到饱和功率点的性能进行了深入分析，提出了适用的理论分析模型和方法，并比较了各类型功放的性能。该研究点成果还在整理发表中。.在宽带调相驱动信号产生方面，主要对采用全数字锁相环相位调制及多级量化器的频率抖动相位调制方案进行了研究。研究中采用了补偿滤波器的方案对调相信号在过渡带进行预加重以抵消滤波器衰减，从而适度增加相位调制带宽。本研究还提出采用多级量化器的频率抖动开环宽带调相方案，具有极低的数字杂散。在该方向上共发表国际会议论文2篇，申请发明专利1项。. 在极坐标发射机全局优化方面，以提高系统平均效率和改善线性度为目标，通过研究功放输入功率和漏极供电电压的最优组合，得到极坐标发射机全局优化的方案。仿真结果表明该方案简单有效，能提高发射机性能。该研究申请发明专利1项。. 通过该项目培养了6名硕士研究生，并且充实了团队在高效率功放方面的研究内涵，为后续研究奠定了良好基础，获得了良好社会效应，推动了与多家研究所及企业的深入合作。