论文总字数：21526字

摘 要

功率放大器的稳定性对于整个通信系统而言至关重要，是通信系统中至关重要的一部分。本文在LDMOS功率放大器的基础之上，设计了直流偏置电压随温度变化而自行调整的PCB板以及软件监测界面，有利于保障功率放大器的稳定性。

本文对LDMOS功率放大器的直流偏置电压和温度对静态工作电流的影响进行了测试与分析,对实验测得的结果进行拟合处理，实现了偏置电压随温度自行改变的效果。将Arduino单片机与温度传感器相连，对功率放大器的温度值进行了实时监测，并通过串口进行数据传输，在上位机软件中对接收到的数据进行处理分析，实现了温度值和电压值的曲线绘制功能。在运算放大器的基础之上，设计了提供直流偏置电压的电路原理图，并且完成了PCB板的制作。本文的创新之处在于对直流偏置电压的实时监测系统，有利于确保功率放大器的可靠性以及整个通信系统的稳定性。

关键词：上位机，运算放大器，直流偏置电压，温度传感器，LDMOS功率管

Abstract

The stability of the power amplifier is critical to the overall communication system and is a vital part of the communication system. Based on the LDMOS power amplifier, this paper designs a PCB board and software monitoring interface that adjusts the DC bias voltage with temperature, which is beneficial to ensure the stability of the power amplifier.

In this paper, the influence of DC bias voltage and temperature on the quiescent working current of LDMOS power amplifier is tested and analyzed. The experimental results are fitted and the effect of bias voltage changing with temperature is realized. The Arduino MCU is connected with the temperature sensor, and the temperature value of the power amplifier is monitored in real time, and the data is transmitted through the serial port. The received data is processed and analyzed in the PC software to realize the curve drawing of the temperature value and the voltage value. Based on the operational amplifier, a schematic diagram of the circuit providing the DC bias voltage is designed, and the PCB board is completed. The innovation of this paper is the real-time monitoring system for DC bias voltage, which helps to ensure the reliability of the power amplifier and the stability of the entire communication system.

KEY WORDS: Host computer, Operational Amplifier, DC bias voltage, Temperature Sensor, LDMOS power tube

目 录

摘 要 1

Abstract 1

第一章 绪论 1

1.1射频与微波功率放大器的研究背景和意义 1

1.2射频与微波功率放大器的发展现状 2

1.3本文的主要工作和内容安排 3

第二章 上位机 4

2.1 MATLAB GUI界面设计 4

2.2串口数据发送与接收功能实现 8

2.3串口数据处理、绘图 9

2.4本章小结 11

第三章 偏置电路的设计 12

3.1 运算放大器 12

3.2 RC滤波电路 15

3.3 偏置电压电路的设计 16

3.4 本章小结 18

第四章 功率放大器的测试 20

4.1 PCB图的制作 20

4.2实验测试 22

4.3本章小结 27

第五章 单片机和传感器 29

5.1温度传感器的使用 29

5.2单片机的硬件连接与函数测试 30

5.3本章小结 32

第六章 总结 34

6.1本文主要完成的工作 34

6.2工作中的不足与展望 34

参考文献 36

致 谢 37

1. 绪论

1.1射频与微波功率放大器的研究背景和意义

随着现代社会逐渐迈入信息化的时代，无线通信技术也在不断的发展，甚至已经逐渐成为当今社会生活不可或缺的一部分。无线通信技术表现在硬件上，主要是体积方面的变化。无线通信设备正在由大变小，由单一到复杂，由繁琐到便利。然而这些技术以及硬件方面的变化，却都与射频与微波技术息息相关，在射频与微波技术中，有一点至关重要，那就是信号的放大与传输。在由功率放大器组成的各种仪器中，功率放大器的稳定性对测试结果的影响极为重要，同时功率放大器所消耗的功率也很大。因此为了保证信号的稳定接收，在信号传输的过程中，就必须确保所使用的功率放大器的稳定性。射频功率放大器的重要性主要表现为对正在传输的信号在其需要的频带上起到放大的效果，以便在固定的区域接收和解码，从而使功率满足整个射频与微波系统的设计要求，所以射频功率放大器的性能对于整个系统所要传输的信号而言，会直接影响到传输的质量和距离。对于功率放大器来说，如何提高功率放大器的线性度、确保功率放大器稳定工作，这是必须要面对的问题。

在众多的射频与微波功率放大器中，LDMOS管的性能相比于其他功率放大器，更加稳定，更适合作功率放大器，从而达到信号放大的目的。因此，LDMOS功率放大器得到更多人的青睐，未来的应用场景也会更加广泛。LDOMS微波功率器件的功率、效率和高线性度的优势使得LDOMS微波功率器件在移动基站、发射机和军事技术领域中脱颖而出，在各种通信系统中的使用频率也逐渐增加，逐渐成为不可替代的一部分。当反射功率慢慢升高的时候，LDOMS依然可以保持正常工作，但在同样的情况下，其他管子却会出现不同程度的偏差。还有一点就是，LDMOS对发射射频信号而言更加适合，这是由于LDMOS的瞬时峰值功率更高。

对于任何一个射频微波功率放大器而言，功率放大器的稳定性都是不得不面对的问题，如果所使用的放大器稳定性在运行中出现问题，可能会对射频与微波设备造成损坏。如果能事先了解射频与微波功率放大器在什么样的运行条件保持稳定，就可以避免很多不必要的损失，在功率放大器工作时，温度升高，为了保持功率放大器性能的稳定，就必须调整直流偏置电压，确保功率放大器的直流偏置电压根据温度自行调整。为了能实现偏置电压的变化，就必须通过实验测试LDMOS的温度对静态工作电流以及直流偏置电压对电流的影响，进而得到在温度变化之后，如何调整直流偏置电压值，使得整个功率放大器的性能保持稳定。而得到电压和温度的关系之后，经过单片机的编程，使得直流偏置电压达到实时改变的目的。在此基础上，制作上位机软件界面，将温度传感器读取到的温度值保存下来，通过串口发送到上位机中，再经过上位机进行数据处理，从而设计出对温度值和电压值进行监测、读取、绘制曲线图的一整套系统。这种当温度值改变进而通过单片机控制直流偏置电压改变，来保障功率放大器的工作电流保持不变的研究是很有意义的，有利于保证功率放大器的性能稳定。

1.2射频与微波功率放大器的发展现状

近年来，随着射频与微波技术的发展，更高性能的半导体器件被研制出来，应用到射频与微波电路之中，射频与微波功率放大器的性能也随之提高。与之前的电子管相比，砷化镓和氮化镓等化合物半导体器件在工作带宽和频率方面都有所提高。与此同时，射频与微波技术的创新以及和半导体器件的结合，使得射频与微波功率放大器的性能得到了提升。

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