大功率无线电能传输微波发射源的设计与实现
这是一篇关于功率合成,锁相环,功率放大器,无线电能传输的论文, 主要内容为无线电能传输系统是一种摆脱线缆束缚的电力传输系统。该系统可以解决某些位置有线电力传输部署困难的问题。其适用于医疗器材、航空、工业生产和移动通信等领域。微波发射源是无线电能传输系统的重要组成部分,其性能将直接影响无线电能传输系统的性能。但目前的无线电能传输系统的微波发射源普遍存在传输效率低、输出功率小、收发天线体积大和可靠性差的问题。因此根据5.8 GHz电磁波的空间损耗较低,能量更集中,传输效率高,且5.8 GHz容易实现收发天线小型化的特点。选择设计一款适用于无线电能传输系统的高可靠性大功率5.8 GHz微波发射源,论文的主要工作如下。(1)设计一款5.8 GHz锁相环。选择具有反馈控制能力的锁相环作为信号源使其稳定输出频率信号,以保证发射源的可靠性。采用ADI公司的锁相环芯片ADF4007,压控振荡器HMC431LP4搭建电路,设计线性稳压电源搭建芯片外围电路,分析锁相环的环路稳定性以此设计有源环路滤波器。使用ADIsim PLL软件对电路整体仿真,采用四层板方式设计版图。经过实物测试锁相环的输出频率5.83 GHz,输出幅度-13 d Bm,相位噪声为-94.35 d Bc/Hz@100 k Hz。实测结果与仿真结果具有较好的一致性。(2)基于芯片QPL9098和QPA9501设计5.8 GHz驱动放大器测试结果为:QPL9098驱动放大器在5.8 GHz,回波损耗大于10 d B,增益达到13 d B,QPA9501驱动放大器回波损耗大于10 d B,增益达到22 d B。基于Ga N晶体管NPTB00004A设计5.8 GHz功率放大器,使用ADS软件仿真设计扇形节偏置电路,采用集总元件设计输入输出匹配电路,设计长散热片保证功率放大器在大功率输出状态下热量可以及时散出提升可靠性。使用NI Multisim14软件设计电源定序电路,保护晶体管不被烧毁。功率放大器实际测试结果为:最大输出功率为36.27 d Bm,PAE为33.6%,仿真与实测结果基本一致。(3)比较常见的功率合成方案的优缺点,选择重组三路功分器的方式设计功率合成器。针对功率合成器输出功率大的特点,增加功率合成器的输出端宽度以提高功分器的功率容量。通过实物测试在5.6-6 GHz的频率范围内各端口的回波损耗均大于10 d B,三路隔离大于20 d B,在5.8 GHz三路插入损耗为5.28 d B、5.3 d B和5.36 d B,实测合成效率达到80%左右。最终把上述器件通过同轴线连接到一起,实际测试大功率微波发射源可以实现在5.83 GHz对外输出功率达到40.04 d Bm。
基于FPGA水声通信调制解调系统的设计与实现
这是一篇关于功率放大器,小信号放大,水声置信,FFT,FSK的论文, 主要内容为随着人们对海洋的不断探索,水声通信技术越来越被重视。本论文所设计基于FPGA水声通信调制解调系统,是一套单向低速率水声通信系统,在实现水声通信的基础上,旨在验证所设计的水声通信系统硬件平台和系统整体方案的可行性,并为系统后期系统的优化和升级奠定基础。该设计分别对系统的功率放大器、小信号放大器、FPGA数字处理系统等硬件部分进行设计与实现;并同时通过一定的软件算法对信号进行调制解调,从而完成整个水声通信系统的设计和验证工作。本论文的主要工作之一是水声通信系统硬件平台的实现,包括功率放大器,小信号放大器电路。功率放大器是水声通信中发射机中最重要的部分,本文描述一种高效率的D类功率放大器设计与实现方法。选用了一片集成了三角波产生、信号比较器、MOSFET驱动电路以及保护功能的驱动芯片,桥接两个专为D类功率放大器而优化的MOSFET功率管,组成效率高、低失真的数字功率放大器,并且具有较小的尺寸,能大大减少功放电路的体积、重量及成本。接收端的小信号放大电路是通过运放芯片组成多级放大电路组成,并在放大电路的一级和最后一级加了带通滤波器滤除噪声干扰,来完成水声小信号的放大工作。本论文的另一个主要工作是在硬件电路的基础上完成FPGA的调制解调系统方案设计。调制方式采用了FSK调制,虽然传输速率较低,但是具有很好的抗干扰能力,而且便于实现和调试。解调部分采取了FFT解调,调用了FPGA的已经设计好的FFT IP核,可以准确快速的完成FFT工作。在信号接收端本设计采用自相关算法来实现信号的检测,并完成信号的同步操作来克服码间干扰。
大功率无线电能传输微波发射源的设计与实现
这是一篇关于功率合成,锁相环,功率放大器,无线电能传输的论文, 主要内容为无线电能传输系统是一种摆脱线缆束缚的电力传输系统。该系统可以解决某些位置有线电力传输部署困难的问题。其适用于医疗器材、航空、工业生产和移动通信等领域。微波发射源是无线电能传输系统的重要组成部分,其性能将直接影响无线电能传输系统的性能。但目前的无线电能传输系统的微波发射源普遍存在传输效率低、输出功率小、收发天线体积大和可靠性差的问题。因此根据5.8 GHz电磁波的空间损耗较低,能量更集中,传输效率高,且5.8 GHz容易实现收发天线小型化的特点。选择设计一款适用于无线电能传输系统的高可靠性大功率5.8 GHz微波发射源,论文的主要工作如下。(1)设计一款5.8 GHz锁相环。选择具有反馈控制能力的锁相环作为信号源使其稳定输出频率信号,以保证发射源的可靠性。采用ADI公司的锁相环芯片ADF4007,压控振荡器HMC431LP4搭建电路,设计线性稳压电源搭建芯片外围电路,分析锁相环的环路稳定性以此设计有源环路滤波器。使用ADIsim PLL软件对电路整体仿真,采用四层板方式设计版图。经过实物测试锁相环的输出频率5.83 GHz,输出幅度-13 d Bm,相位噪声为-94.35 d Bc/Hz@100 k Hz。实测结果与仿真结果具有较好的一致性。(2)基于芯片QPL9098和QPA9501设计5.8 GHz驱动放大器测试结果为:QPL9098驱动放大器在5.8 GHz,回波损耗大于10 d B,增益达到13 d B,QPA9501驱动放大器回波损耗大于10 d B,增益达到22 d B。基于Ga N晶体管NPTB00004A设计5.8 GHz功率放大器,使用ADS软件仿真设计扇形节偏置电路,采用集总元件设计输入输出匹配电路,设计长散热片保证功率放大器在大功率输出状态下热量可以及时散出提升可靠性。使用NI Multisim14软件设计电源定序电路,保护晶体管不被烧毁。功率放大器实际测试结果为:最大输出功率为36.27 d Bm,PAE为33.6%,仿真与实测结果基本一致。(3)比较常见的功率合成方案的优缺点,选择重组三路功分器的方式设计功率合成器。针对功率合成器输出功率大的特点,增加功率合成器的输出端宽度以提高功分器的功率容量。通过实物测试在5.6-6 GHz的频率范围内各端口的回波损耗均大于10 d B,三路隔离大于20 d B,在5.8 GHz三路插入损耗为5.28 d B、5.3 d B和5.36 d B,实测合成效率达到80%左右。最终把上述器件通过同轴线连接到一起,实际测试大功率微波发射源可以实现在5.83 GHz对外输出功率达到40.04 d Bm。
应用于下一代WiFi7 5GHz频段的高功率高线性度SiGe BiCMOS功率放大器研究
这是一篇关于WiFi7,功率放大器,输出功率,线性度,SiGe BiCMOS的论文, 主要内容为随着通信技术的发展,无线局域网技术开始广泛应用在移动电话、个人电脑和各种电子产品中,逐渐成为室内短距离大容量数据传输的主流技术。小型化、集成化的终端需求叠加用户数量、数据吞吐率的大量增加,使Wi Fi7在信号带宽、调制方式等方面相比过去有了重大提升,作为发射机核心部分的射频功率放大器必须实现宽带的高线性度输出功率。此外,为进一步缩小模组尺寸,硅基全集成射频模组取代多片化合物芯片方案成为近年研究热点。本课题采用硅基Si Ge Bi CMOS工艺,为解决射频功率放大器在Wi Fi75GHz频段下的设计瓶颈展开研究,设计了一款高线性度高输出功率的功率放大器,并联合设计了整套多层微波验证板进行实测验证,主要工作内容如下:(1)首先针对Wi Fi7核心技术和系统需求进行了研究分析,对应用在Wi Fi7 5GHz频段的功率放大器性能指标进行了详细分析,总结了Wi Fi7技术对功率放大器的指标需求,完成了功率放大器的指标规划。(2)针对Wi Fi7 4096QAM信号的高线性放大需求,一是设计了具有温度补偿作用的自适应线性化偏置电路辅助负反馈电路,与未采用温度补偿偏置方案相比,线性输出功率在高低温保持稳定,增益提升了4.03d B;二是在输出匹配中设计了多阶谐波抑制网络抑制各阶谐波分量,实现二阶、三阶、四阶、五阶谐波分别达到-46d Bc、-37d Bc、-58d Bc、-69d Bc的抑制能力。(3)为满足Wi Fi7功率放大器的高线性输出功率需求,首先设计了三级级联结构框架,前两级设计偏置点在A类工作状态实现高线性度放大,第三级偏置在AB类工作状态在保障一定线性的同时提高整体电路效率;其次三级功率单元针对不同功率等级优化设计了不同功率单元,每级功率管设计镇流负反馈电路提升稳定性,设计了高Q片上匹配网络完成级间阻抗匹配;最后设计了片上宽带功率合成网络实现高功率合成输出。版图设计优化充分降低寄生参数,建立全芯片热仿真提升散热效果,最终版图面积仅为1520×790μm2。(4)为精准评估设计芯片的性能,基于Rogers 4350B设计了多层微波评估板,并在安捷伦Advanced Design System软件进行多物理场仿真,实现SMA微波接头、微波板、互联金线、表贴元件及Si Ge芯片的全局电气及热仿真评估。校准扣去接头、评估板影响,设计芯片实现:5GHz频段内线性功率增益最大为30.54d B,功率平坦度1d B以内,输出1d B压缩功率为26.9d Bm。使用美国国家仪器PXIe 5830平台Wi Fi7协议下线性度实测结果为:在DEVM小于-43d B时输出功率可以达到18.6d Bm,AM-AM保持在0.2～1d B,AM-PM保持在1～5°。
基于FPGA水声通信调制解调系统的设计与实现
这是一篇关于功率放大器,小信号放大,水声置信,FFT,FSK的论文, 主要内容为随着人们对海洋的不断探索,水声通信技术越来越被重视。本论文所设计基于FPGA水声通信调制解调系统,是一套单向低速率水声通信系统,在实现水声通信的基础上,旨在验证所设计的水声通信系统硬件平台和系统整体方案的可行性,并为系统后期系统的优化和升级奠定基础。该设计分别对系统的功率放大器、小信号放大器、FPGA数字处理系统等硬件部分进行设计与实现;并同时通过一定的软件算法对信号进行调制解调,从而完成整个水声通信系统的设计和验证工作。本论文的主要工作之一是水声通信系统硬件平台的实现,包括功率放大器,小信号放大器电路。功率放大器是水声通信中发射机中最重要的部分,本文描述一种高效率的D类功率放大器设计与实现方法。选用了一片集成了三角波产生、信号比较器、MOSFET驱动电路以及保护功能的驱动芯片,桥接两个专为D类功率放大器而优化的MOSFET功率管,组成效率高、低失真的数字功率放大器,并且具有较小的尺寸,能大大减少功放电路的体积、重量及成本。接收端的小信号放大电路是通过运放芯片组成多级放大电路组成,并在放大电路的一级和最后一级加了带通滤波器滤除噪声干扰,来完成水声小信号的放大工作。本论文的另一个主要工作是在硬件电路的基础上完成FPGA的调制解调系统方案设计。调制方式采用了FSK调制,虽然传输速率较低,但是具有很好的抗干扰能力,而且便于实现和调试。解调部分采取了FFT解调,调用了FPGA的已经设计好的FFT IP核,可以准确快速的完成FFT工作。在信号接收端本设计采用自相关算法来实现信号的检测,并完成信号的同步操作来克服码间干扰。
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