论文总字数：16849字

摘 要

随着第三次工业革命的不断深入，移动信息行业如火如荼。移动终端超短的更新周期必定给基站系统带来前所未有的压力，如果沿用传统的设计方法，将严重限制移动终端的发展。在基站系统中最后一级的设备被称为发射机，射频功率放大器是发射机的重要器件。但是它的设计常常十分繁琐，数学计算量极大。目前，主流的设计通常采用EDA软件进行辅助设计。在EDA软件中Agilent公司的ADS软件占有举足轻重的地位，它已经成为设计射频电路最常用的辅助设计软件。

本论文分为四个大部分。

1、论证设计的目的和设计的可行性，设计射频功率放大器最重要的是选取合适的晶体管。经过反复的论证和查阅资料，选取合适的晶体管，经过合理的设计能够达到系统要求性能。

2、简单介绍了射频电路的基本理论及其在射频电路设计过程中主要的性能指标。对器件非线性进行了分析和器件非线性会对系统电路造成的某些影响，以及设计过程应该怎样减少影响；简单分析系统常见噪声的产生原因；介绍常用三类传输线理论，以及各自具有的优点和实用的工程环境。

3、简单介绍了射频放大器设计理论基础，功率放大器的种类，以及各类放大器各自的优缺点和使用环境。分析了功率放大器的关键技术指标输出功率、增益、效率、线性度等问题，并分析了各种关键技术指标的验证方法。

4、利用ADS辅助软件对射频功率放大器进行电路设计。并对电路性能进行分析，根据分析结果来看设计的射频功率放大器在增益、输出功率、三阶互调、工作频率等方面拥有良好的性能，满足设计性能指标。

关键词：基站；射频；功率放大器；阻抗匹配

Design and Simulation of Base Station RF Power Amplifier Based on ADS

Abstract

With the deepening of the third industrial revolution, the mobile information industry is in fact a reality. The ultra-short update cycle of mobile terminals must bring unprecedented pressure to the base station system. According to the traditional design, the development of mobile terminal robots is severely limited. The last stage of the equipment in the base station system is called the transmitter, and the RF power amplifier is an important component of the transmitter. But its design is often cumbersome and mathematically computationally intensive. Currently, mainstream designs often use EDA software for assisted design. Agilent's ADS software plays an important role in EDA software, and it has become the most commonly used auxiliary design software for designing RF circuits.

This paper is divided into four parts.

1. Demonstration of the design purpose and the feasibility. The most important thing to design an RF power amplifier is to select the appropriate transistor. After repeated argumentation and review of the data, NXP's LDMOS transistor MRF6S20010N was finally selected, which is expected to achieve the required performance after reasonable design.

2. Briefly introduce the basic theory of hf rotation mode and its main performance indicators, in the process of RF expansion. The nonlinearity of the device is analyzed and some effects of device nonlinearity on the system circuit, and how the design process should reduce the impact; simple analysis of the causes of common noise in the system; introduction of the commonly used three types of transmission line theory, and their respective advantages and a practical engineering environment.

3. Briefly introduce the theoretical basis of RF amplifier design, the types of power amplifiers, and the advantages and disadvantages of each type of amplifier and the environment in which they are used. The output power, gain, efficiency and linearity of the key technical indicators of the power amplifier are analyzed, and the verification methods of various key technical indicators are analyzed.

4. Mostly used to aid drafting software.According to the ADS simulation performance data, the designed RF power amplifier has good performance in terms of gain, output power, third-order intermodulation, operating frequency, etc. and meets the design performance index.

Keywords: Base station; Radio frequency; Power amplifier; Impedance matching

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1论文研究的背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1射频器件LDMOS 1

1.2.2射频技术方面 1

1.2.3论文研究主要工作 2

第二章 射频电路的基本理论 3

2.1射频电路设计简介 3

2.2射频电路设计基本概念 3

2.2.1射频电路非线性 3

2.2.2系统噪声 5

2.2.3系统灵敏度 5

2.2.4传输线理论 5

2.3发送机、接收机简介 6

第三章 射频功率放大器理论基础 7

3.1射频功率放大器简介 7

3.2功率放大器基础 7

3.2.1功率放大器工作方式 7

3.2.2功率放大器主要性能指标 8

3.3负载牵引设计 9

3.4功率放大器的设计步骤 9

第四章 射频功率放大器的设计与分析 10

4.1 ADS软件介绍 10

4.2射频功率放大器设计参数 10

4.3射频功率放大器的设计 11

4.3.1器件选择 11

4.3.2确定静态工作点 11

4.3.3分析器件稳定性 12

4.3.4负载线匹配与共轭匹配 14

4.3.5输出、输入阻抗匹配 15

4.3.6射频功率放大器电路 16

4.4射频功率放大器的性能仿真 17

4.4.1电路优化前谐波仿真（HB） 17

4.4.2电路优化后谐波仿真（HB） 18

第五章 总结与展望 20

致 谢 21

参考文献（References） 22

第一章 绪 论

1.1论文研究的背景

自从二十世纪五十年代开始的第三次工业革命，造就了社会信息技术、新能源技术日新月异，这次工业革命诞生太多新型技术，不断改变人们的生活方式。计算机就是最典型的第三次工业革命的成果，直到如今这些技术也深深影响着我们的生活，并不断更新发展。随着现代社会生活节奏频率的加快，人们对于手机无线通信技术越来越具依赖性，使用手机无线通信的客户也来越多，客服对通信服务的要求也是日新月异，客户对通信服务的要求从能听清迈向高保真，低延时阶段。在整个通信链路服务中涉及的环节复杂，其中基站在整个无线通信中的地位可以说是举足轻重，即便处于通信链路的末端，但它的性能却对整个无线通信网络的传输质量起着绝对性的影响。如今，随着人们生活要求提高，无线通信技术如火如荼，其中以数字通信技术发展为主。

基站射频放大器位于基站末级发射机中，直接影响着基站信号有效覆盖面积，基站使用寿命等。目前市面上的功率放大器能耗高，达到系统总体功耗的60%，所以急需设计一款高效率的功率放大器以解决这个问题。因基站的需要射频功率放大器通常需要工作在高频率、高功率的环境中，所以对功率放大器的要求较多。随着频率的升高，放大器也会进入非线性工作区，为了继续保持其精确度，就需要通过非线性模型来计算放大器性能，但当前缺乏准确的非线性模型，以至于选择一款合适的仿真软件和合理的元器件往往事半功倍，能够减少不必要的计算，提高系统设计速度并减少难度。

1.2国内外研究现状

1.2.1射频器件LDMOS

LDMOS器件是横向扩散金属氧化物半导体 ^[1]，实际工程中常使用在射频电路，本身具有双扩散性。直到20世纪90年代LDMOS器件才主要作为开关器件广泛应用于机械电力领域。随着信息时代的来临，为了满足不断发展信息技术的要求，LDMOS器件行业得到了迅猛的发展，越来越多不同频率、功率、效率的器件相继诞生。

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