【正文】 是提高輸出功率、改善輸出駐波比和抑制諧波。因此微波功率放大器的輸入阻抗變換比較大，匹配電路較難設計。 1/4 波長階梯阻抗變換器通常要 求阻抗變化比小于 5，且頻率范圍不易太寬，否則不易匹配。 匹配網(wǎng)絡實現(xiàn) 微波功率放大器的匹配網(wǎng)絡的實現(xiàn)途徑主要有：集總元件法，分布參數(shù)法。微波功率放大器的輸入輸出阻抗都很小，大概只有幾歐姆的量級。輸入匹配電路是用來實現(xiàn)放大器輸入端口與信號源之間的匹配，它把放大器呈現(xiàn)的復數(shù)阻抗變換為與信號源阻抗共軛匹配，以獲得最大功率增益匹配。相控陣雷達特別是有源相控陣雷達近年來有了高速發(fā)展，推動其發(fā)展的主要原因是對雷達性能的要求日益提高。人們希望不僅能在不同地方進行通話，而且要求開展數(shù)據(jù)、傳真等非話業(yè)務的服務。 C 波段微波功率放大器的設計 .1992. pp36 [9] 趙保經(jīng) . 微波集成電路 . 1995. pp216218 [10] 趙國湘、高葆新。 最后特別感謝我家人一直以來給我信心、鼓勵和支持。老師有嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、忘我拼搏的敬業(yè)精神，他才思雋永、思維 敏捷 、知識廣博、經(jīng)驗豐富。要求在輸入 ，輸出功率增益 大于 16dB，輸出功率為 1W。 圖 438 模型的內(nèi)部電路 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 29 頁 共 35 頁 (3)不做改動，直接單擊【 OK】，就會自動生成印制電路板圖，如圖 439所示 圖 439 本項目自動生成的印制電路版圖 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 30 頁 共 35 頁 結束語 微波功率放大器是微波設備發(fā)信部分的一個最重要部件，是微波發(fā)信部分的“咽喉”，一旦發(fā)生故障就會影響微波通信的可靠信。這是因為匹配網(wǎng)絡的設置出現(xiàn)了些問題，要對電路進行少許的修改。應該先吧“ HARMONIC BALANCE”中的“ SweepVar”關閉，即不賦值，然后再進行優(yōu)化。 (2)用鼠標雙擊所有的微帶，進行如圖 433所示的優(yōu)化設置，需要注意的是，優(yōu)化的范圍要合理否則可能會得不到正確的 結果。 優(yōu)化輸入輸出匹配網(wǎng)絡 (1)為了減小傳輸線因為帶線寬窄不一致帶來的不連續(xù)性，加入 MTaper里的一個元件。工作頻率為 945MHz，掃描功率為 30dB40dB。 (3)對輸入阻抗進行共軛匹配，即匹配到 +j*。結果如圖 424 圖 424 添加實際元件后的仿真結果 從圖中可以看出，放入實際元件后，參數(shù)有所惡化，但是很小，可以認為輸出阻抗的匹配工作已經(jīng)完成。 微帶線的電角度與電阻值，長度與寬度，這兩組數(shù)據(jù)知道任意一組都可以計算出另一組數(shù)據(jù)。 圖 422 使用史密斯圓圖進行阻抗匹配 (5)單擊“ Build ADS Circuit”，將電路生成至 SmithChat元件。將頻率設置為 ，負載阻抗 ZL為*， Zs為 50Ω。 運用 Smith圓圖進行匹配 匹配電路的建立 (1)新建原理圖并命名為“ OutputMatch”，然后再元件面板列表中選擇“ Smith Chart Matching”，從元件面板中調(diào)出匹控件 ，建立電路，如圖 421所示。 確定輸出的負載阻抗 (1)LoadPull掃描參數(shù)確定后，再重新仿真，結果如圖 420所示。因為功率圓和效率圓心均未顯示出來，所以要改變計算的范圍。 (3)重新仿真，結果如圖 413所示，可以看出， K1，說明功率管在需要工作的點已經(jīng)穩(wěn)定 圖 412 添加穩(wěn)定措施后的原理圖 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 15 頁 共 35 頁 圖 413 改 善穩(wěn)定性后的曲 加入偏置電路 加入偏置電路后的原理圖如圖 414 圖 414 加了偏置后的原理圖 仿真后可以看到低端穩(wěn)定性已經(jīng)大為改善，功率管在高端也很穩(wěn)定。 圖 410 仿真結果 從圖中可以看出，在 945MHz時，穩(wěn)定因子 K1，功率管在整個帶內(nèi)部穩(wěn)定。雙擊 S參數(shù)掃描控件，完成掃描參數(shù)設置，起始頻率為 1MHz，終止頻率為 3GHz,步長為 1MHz，陜西理工學院畢業(yè)設計 第 13 頁 共 35 頁 設置完后的原 理圖如 49所示。 偏置及穩(wěn)定性分析 原理圖的建立 (1)單擊【 File】選擇【 New Design】，新建原理圖文件，命名為“ BiasStability” .圖 47所示 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 12 頁 共 35 頁 (2)插入 S參數(shù)掃描模板。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 10 頁 共 35 頁 圖 43 VGS掃描參數(shù)設置 圖 44 VDS掃描參數(shù)設置 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 11 頁 共 35 頁 圖 45 設置好的電路原理圖 仿真并顯示數(shù)據(jù) (1)按【 F7】鍵開始仿真 . (2)仿真完成后，會自動彈出數(shù)據(jù)顯示窗口，其中就有直流掃描的 IV數(shù)據(jù)表。 掃描參數(shù)的設置 (1)雙擊參數(shù)掃描控件“ RARAMETER SWEEP”，修改參數(shù)如圖 43所示。 (3)單擊鼠標左鍵將添加的 FET直流掃描模板放入原理圖中。 為了明確設計目的，在此列出了一些設計需要達到的參數(shù)： 頻率 : 945MHz 輸出功率： 45W 輸入功率： 1W 效率 ： 40% 電源電壓： 28V 根據(jù)上述設計要求，本設計選定飛思卡爾公司的 LDMOS(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor)功率管 MRF9045N。 (3)進行功率放大器的電路設計，包括阻 抗匹配、設置偏置電路和直流扼流等。功率放大器在大信號工作時，功率管的最佳負載阻抗會隨著輸入信號功率的增加而改變。假設放大器輸入阻抗 ininin jXRZ ?? 則輸入端反射系數(shù)的模為 ? ?? ?22022000ininininininin XZR XZRZZ ZZ ?? ??????? 可見當 R in 0時， 1??in 。所以用 GT表示增益比較全面，因此以 GT來衡量放大器?？勺C明： ? ?? ?2221 111sinsinM ??? ????? ? ?? ?2222 111outLoutLM???????? 因此，三個功率增益中若已知其中一個，既可知另外兩個。當在輸入端口滿足共扼匹配時， Ga達到最大值。應用式 (22)便于研究信源阻抗變化對放大器功率增益的影響。 (2) 資用功率 ? ?22221122111ssSaLaa SS SPPG ?????? ???? PLa是放大器的輸出資用功率，即在放大器的匹配負載上能夠獲得的功率，也是放大器在信源阻抗下的最大輸出功率值。增益 中的參數(shù)在晶體管這個二端口網(wǎng)絡中的含義如圖 2l所示。所以增益和穩(wěn)定性在放大器的沒計中都是 著重需要考慮的問題，這兩個問題都有普遍意義。預失真技術則可看成開環(huán)系統(tǒng)，它沒有閉環(huán)系統(tǒng)的校正精度，但它能夠處理的多載波信號調(diào)制帶寬非常寬，也不存在制約閉環(huán)系統(tǒng)固有的穩(wěn)定性問題。 預失真技術 預失真技術 [6]是一項通過產(chǎn)生輸入信號的互補信號，來消除 RF功放的非線性失真的線性化技術。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 5 頁 共 35 頁 將 RF 輸出信號直接反饋到輸入端，通過反饋來達到對 IM 產(chǎn)物的抑制，即 RF 直接反饋法，常用于低功率放大器，其應用受到工作頻率和輸出功率的很大限制，反饋環(huán)上的有限時延限制了帶寬 [2]，而且，這種方法難以實現(xiàn)多級反饋。 當 1PPO? 時，312 kkA ? ，并以此為據(jù)從（ 220）式中選取合適的解，其中 cos? = (221) 令 ?????? ??? 32c os12716 ?? jM 則 312 kkMA ? (222) 將（ 222）式代入（ 212）、（ 213）式，得 ??? MPPL （ dBm） (223) 2)891lg (10 MPPLo ??? （ dBm） (224) 將（ 223）、（ 216）式代入（ 217）式得 8lg203 ??? MMIM （ dB） (225) 這樣，利用（ 219）、（ 221）、（ 222）、（ 225）式即可求出放大器的交調(diào)。 其輸出電壓可以輸入電壓的冪級數(shù)表示，即 ????? 33221 iiio ekekeke (21) wtAei cos? (22) 則 0e 變?yōu)? wtAkwtAkwtAkAkAke 3c os412c os21c os)43(21 3322331220 ????? (23) 那么基波功率 0P 為 RAkAkP32331010243????????????? ?? (mW) (24) 輸入功率 iP 為 RAPi32 102 ???????? (mW) (25) 定義增益 G為 )43lg (20 231 AkkPPG io ??? (26) 定義線性增益 0G 為 1lg20 kGo ? (27) 那么 1dB壓縮點增益 1G 為 101 ??GG Pout Pin 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 3 頁 共 35 頁 利用上式可求得 312 kkA ? (k30) (28) 把（ 21P 8）式代入（ 24）求出 1dB壓縮點功率 3311 ?? kkP (29) 時當 )c os(c os2 21 twtwAe i ?? (210) 則（ 21）式變成 ? ?? ? ? ?? ? ]3c o s3[ c o s281)2c o s ()2c o s (2832c o s2c o s41)2c o s ()2c o s (283c o sc o s892])c o s ()[ c o s (2121213312213321221221332123121212222twtwAktwwtwwAktwtwAktwwtwwAktwtwAkkAtwwtwwAkAke o??????????????????? ??????? (211) 由上式可見放大器輸入、輸出頻譜如圖 22所示，從圖 22可以看出，非線性放大器會產(chǎn)生許多雜散頻率，其中 12212121 2222 ww ??? 、 在頻帶外 ,而1221 22 w ?? 、 在頻帶內(nèi)，即為交調(diào)產(chǎn)物。 本文的工作就是進行微波功率放大器的優(yōu)化和設計。 微波功率放大器近年來已廣泛應用于雷達、電子對抗、廣播電視等領域，它具有體積小、重量輕、耗電少、可靠性高、相位特 性好的優(yōu)點，且一般都在 50歐姆的微帶線上進行調(diào)試。CAD. 陜西理工學院畢業(yè)設計 The simulation of microwave pow