功率单元温度计算模型的建立与研究开题报告

 2022-12-11 10:43:21

1. 研究目的与意义

随着信息时代的到来和人类社会生产力的进步,人们迫切地需要在远距离迅速而准确地传送信息,这就使得无线通信技术尤其是个人无线通讯取得了迅猛的发展。这样使得无线通信设备比例35%左右成本的重要部件——“射频功率放大器(RFPA)”占据着重要的地位。

无线通信在现代社会中发挥着越来越重要的作用,它在移动通信、卫星导航、雷达、物联网等军民领域都是不可或缺的。功率放大器是无线通信的关键部件。而将GaAs-HBT(异质结双极型晶体管)应用于射频功放当中是当今最广泛流行的技术之一,且关于HBT优点有:高功率密度,低相位噪声,高线性度,成本优势,尺寸小,集成度高等等。

射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率,如何提高输出功率和效率,是射频功率放大器设计目标的核心。而为了提高输出功率,实际应用中射频功放通常需采用并联多管的功率单元提供功率输出,所谓并联多管功率单元就是多个晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor)组合而成,即上述GaAs-HBT应用于RFPA之中。然而任何技术方法都有缺点,为了节约成本,缩小版图面积,在不违背设计规则前提下晶体管应尽量靠近,但HBT衬底材料(GaAs)的导热系数较小,PA产生的功耗会导致晶体管温度明显升高而产生严重的自热与互热反应,致使位于中间的器件温度飙升,影响器件的电学性能,缩短器件寿命,影响功放整体输出性能与可靠性,在现代化信息时代PA集成度日益提高的趋势下则表现的更为严重。国外对此研究提出解决方法较为多样化,而国内在欧美各国限制其他国家通信技术发展的压力下, 也陆续开展对HBT器件相关的研究,起步较晚。

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2. 研究内容与预期目标

设计研究内容:

为提高输出功率,实际应用中射频功放通常需采用并联多管的功率单元提供功率输出,为节约成本,缩小版图面积,在不违背设计规则前提下晶体管应尽量靠近,从而器件产生严重的自热与互热效应,致使位于中间的器件温度飙升,影响功放整体输出性能与可靠性。本课题拟通过对热阻与热导通角的的影响因素出发,建立准确的功率单元的温度计算模型,并与仿真结果对比验证模型的正确性。

设计预期目标:

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3. 研究方法与步骤

本课题拟采用的研究方法:

通过自热与互热效应对热导通角产生的影响,建立一个分布式热模型,并通过模型的计算结果与COMSOL软件仿真结果的对比,从而确认模型设计的准确性。

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4. 参考文献

[1] 周守利,崇英哲,黄永清等. 考虑自热效应的重掺杂AlGaAs/GaAs HBT电流特性分析[J]. 电子器件,2004:559-563.

[2] 张彦斌. 功率放大器散热优化设计[C]. 中国电子学会电子机械会议论文集. 云南,2007, 10:324-330.

[3] 王磊,文耀普. 一种微波功率放大器的热设计与验证方法[J]. 航天器工程,2011,02:52-56.

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5. 工作计划

(1)2022.2.20-2022.2.26图书馆查阅资料;

(2)2022.2.27-2022.3.5网上查阅资料;

(3)2022.3.6-2022.3.12完成开题报告;

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