【正文】 ceName[1]=DC1SweepVar=VGSPARAMETER SWEEPFSL_MW6S010N_Level2_Rev2_MODELFETFSL1CTH=1RTH=1TSNK=1V_DCSRC1Vdc=VDSV_DCSRC2Vdc=VGSI_ProbeIDS圖41 直流掃描電路仿真結(jié)果為：圖42 MW6S010N晶體管的IV曲線圖表西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)23根據(jù)MW6S010N的數(shù)據(jù)表，漏極直流電壓為3V，作為AB 類的功率放大器，因此選擇 V，靜態(tài)工作電流為 A。和數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)相比，2?GS ?DSI電流取的相對(duì)比較大，這是為了可以獲得更好的線性度。 偏置及穩(wěn)定性分析用軟件找出 MW6S010N 的偏置電路模型，從 ADS 軟件元件面板中調(diào)出MW6S010N 以及飛思卡爾識(shí)別控件，添加了元件之后的原理圖如圖 43 所示， 圖44 穩(wěn)定性掃描原理圖然后仿真，如圖45所示：西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)24圖45 穩(wěn)定因子隨頻率變化曲線 可看到在900MHz時(shí)，StabFact1 ，即穩(wěn)定因子K1，功率管在整個(gè)帶內(nèi)穩(wěn)定。從仿真結(jié)果可看出，低頻時(shí)由于寄生效應(yīng)的影響，K1，可能會(huì)發(fā)生振蕩。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要用一些措施對(duì)放大器進(jìn)行處理，使它可以穩(wěn)定的工作。如果穩(wěn)定因子小于1，則晶體管有可能會(huì)發(fā)生震蕩，所以要采取一定的穩(wěn)定措施來(lái)使晶體管處于穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定措施有很多很多，常用的一種是在晶體管的柵極加入一個(gè)小電阻，然而電阻的加入會(huì)導(dǎo)致增益和功率的降低，所以可以在電阻上并聯(lián)一個(gè)電容來(lái)減小損耗，本次穩(wěn)定因子大于1，所以不需要采取穩(wěn)定措施。 輸入輸出匹配阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是成功地設(shè)計(jì)射頻功率放大器的關(guān)鍵所在。本文將采用負(fù)載牽引法設(shè)計(jì)輸入輸出阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。 負(fù)載牽引設(shè)計(jì)方法在進(jìn)行阻抗匹配設(shè)計(jì)之前，先簡(jiǎn)單介紹負(fù)載線與共軛匹配的區(qū)別。當(dāng)不考慮信號(hào)源的物理限制時(shí)，共軛匹配確實(shí)是可以使負(fù)載上得到最大功率，我們可以通過(guò)共軛匹配獲得最大功率值，但是真正的情況是晶體管常常要受到各種條件的限制和影響。相反，負(fù)載線匹配方式則主要考慮到了電路實(shí)際工作時(shí)可能出現(xiàn)的最極端的情況，即一個(gè)信號(hào)源的最大承受電壓 和最大輸出電流 。maxVmaxI當(dāng)一個(gè)信號(hào)源的輸出電流受到相應(yīng)的限制時(shí)，信號(hào)源所能輸出的電壓就會(huì)很小，負(fù)載上的功率也會(huì)很??；另外一種情況，當(dāng)信號(hào)源的輸出電壓受到一定的限制西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)25時(shí)，信號(hào)源所能輸出的電流就會(huì)變得很小，負(fù)載上的功率相對(duì)應(yīng)的也會(huì)非常小。在進(jìn)行功率放大器設(shè)計(jì)時(shí)，確定通常采用Loadpull曲線來(lái)獲得輸出端匹配電路的阻抗值。Loadpull 曲線是輸出功率隨負(fù)載阻抗變化的曲線，通過(guò)該曲線，即可獲得最大功率輸出時(shí)的阻抗點(diǎn)。Loadpull曲線可以通過(guò)ADS 的Loadpull仿真獲得。 負(fù)載牽引設(shè)計(jì) LoadPull圖46 修改好的Loadpull仿真電路原理圖在ADS中先插入LoadPull模板，將FET模型替換為 MW6S010N模型，然后運(yùn)用負(fù)載牽引法確定LoadPull的范圍，并結(jié)合Smith 圓圖進(jìn)行匹配，最后生成匹配電路。將匹配電路經(jīng)過(guò)仿真，如圖47，48：西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)26圖47 Loadpull仿真 圖48 Sourcepull仿真從仿真結(jié)果中可以看出，功率圓和效率圓都沒(méi)有完全顯示，這就需要在仿真前調(diào)整Loadpull 掃描點(diǎn)范圍，Loadpull 掃描參數(shù)確定后再重新仿真。西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)27圖49 待匹配電路圖阻抗匹配電路決定了功率放大器輸出至負(fù)載的最大功率，是射頻功率放大器電路設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，根據(jù)前面的電路圖組成待匹配的電路圖，如圖49所示，輸入和輸出匹配完成之后即可對(duì)各項(xiàng)電路參數(shù)進(jìn)行掃描。 諧波平衡仿真完成所有原理圖電路后，就可以對(duì)它性能參數(shù)仿真了，我們采用諧波平衡法仿真，插入諧波平衡仿真模板，對(duì)HB仿真控制器對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，在 Sweep欄中的Parameter to sweep處填入RFpower，掃描范圍為0～30dBm。如圖410 ：西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)28圖410 HB仿真電路原理圖通過(guò)對(duì)HB仿真電路圖的仿真，我們可以得到功率放大器的各個(gè)參數(shù)曲線，對(duì)該電路圖進(jìn)行仿真：圖411 輸出功率仿真曲線西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)29 圖412 增益壓縮仿真曲線從上面的仿真圖可以看出來(lái)，在輸入功率為30dBm時(shí)，功率放大器的輸出功率、1dB 壓縮點(diǎn)、附加效率均不符合要求，增益也嚴(yán)重偏低。因此，必須對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到要求。 電路優(yōu)化設(shè)計(jì)將匹配電路通過(guò) ADS2022 軟件進(jìn)行仿真，我們可以用微帶線匹配方式以及LC 元件連接電路兩種電路匹配方式。此次我們?cè)O(shè)計(jì)此 AB 類功率放大器所使用的是 LC 元件連接電路的匹配方式來(lái)進(jìn)行此次設(shè)計(jì)。在原理圖窗口選擇一個(gè)優(yōu)化控制器插入原理圖中，此例中我們主要對(duì) 進(jìn)21S行一下優(yōu)化，將輸入匹配的電感和電容分別改為變量值L1和C1 作為優(yōu)化對(duì)象，在原理圖中加入一個(gè)變量控制器，完成設(shè)置后進(jìn)行仿真，仿真結(jié)束后自動(dòng)彈出優(yōu)化后的仿真結(jié)果，如圖413所示，西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)30圖413 優(yōu)化后的仿真結(jié)果21S可以看到功率放大器在900MHz時(shí)， ，達(dá)到了我們預(yù)先的要求。在原理圖工具欄中將仿真控件和目標(biāo)全部失效，重新進(jìn)行掃描即可得到此時(shí)的S參數(shù)及諧波掃描結(jié)果，如下圖所示。圖414 輸出功率仿真曲線西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)31圖415 增益壓縮仿真曲線在上圖中的功率放大器最終仿真結(jié)果中，我們可以看到此功率放大器在900MHz時(shí)輸出最大功率譜信號(hào)，1dB點(diǎn)輸出功率達(dá)到 ，增益，完全符合我們之前的要求，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)32第五章 全文總結(jié)因?yàn)楫?dāng)今通信的飛速發(fā)展，發(fā)射機(jī)重要部件之一的功率放大器，其影響越來(lái)越明顯，設(shè)計(jì)一個(gè)性能指標(biāo)都完美的放大器有著重要的作用，本文當(dāng)中首先介紹了一些射頻電路中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，然后介紹了功率放大器的類型以及指標(biāo)參數(shù)，最后通過(guò) ADS2022 仿真軟件對(duì)功率放大器進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，共軛匹配與負(fù)載線匹配，輸入、輸出阻抗匹配，S 參數(shù)以及諧波平衡仿真等，最終成功設(shè)計(jì)出了一個(gè)滿足事先指標(biāo)的 AB 類射頻功率放大器。在功率放大器的設(shè)計(jì)中，晶體管的選擇至關(guān)重要，只有對(duì)晶體管選擇合適的直流點(diǎn)，才能在后續(xù)的設(shè)計(jì)中大到較好的增益和線性度指標(biāo)。此外，穩(wěn)定性設(shè)計(jì)和阻抗匹配決定了功率放大器在系統(tǒng)中所能進(jìn)行的工作狀態(tài)，這些都是設(shè)計(jì)功率放大器的重點(diǎn)，每一步都應(yīng)當(dāng)按照相應(yīng)的要求完成才行?？傊?，基于 ADS2022 分析并設(shè)計(jì)功率放大器，從最后的結(jié)果來(lái)看，符合我們事先定下的指標(biāo)范圍內(nèi)，基本按照要求完成了此次設(shè)計(jì)。但是由于本次實(shí)驗(yàn)時(shí)間比較倉(cāng)促及客觀條件的限制，本次設(shè)計(jì)的方案只是限于在 ADS 仿真環(huán)境下進(jìn)行，進(jìn)行了大量仿真驗(yàn)證，都是僅僅在實(shí)際理論的層次上，而并沒(méi)有進(jìn)行實(shí)物的測(cè)試。因此，如果在實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)存在一些我們此前沒(méi)有遇到過(guò)的問(wèn)題，如何對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行解決和處理還需要對(duì)其做進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)33西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)34參考文獻(xiàn)[1] 射頻電路設(shè)計(jì)與仿真實(shí)例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2022.[2] 射頻電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與典型應(yīng)用[M]北京：人民郵電出版社，2022.[3] 馮新宇，車(chē)向前， 射頻電路設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2022(6).[4] 射頻電路設(shè)計(jì)與仿真從入門(mén)到精通[M].北京：電子工業(yè)出版,2022(11).[5] 陳艷華，李朝輝， 應(yīng)用詳解：射頻電路設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：人民郵電出版社,2022(9).[6] [M].. 8[7] [M].北京：人民郵電出版社,.[8] 李蓉. 濾波器的設(shè)計(jì)與仿真[D]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2022.[9] [M].,2022.[10] 周希郎. 微波技術(shù)與天線[M].南京：東南大學(xué)出版社,.[11] 廖承恩. 微波技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2022.[12] 雷振業(yè)著射頻 /[13] 張玉興，趙宏飛譯 .[14] 李順一. 射頻功率管的輸入輸出阻抗測(cè)量方法測(cè)控技術(shù)雜志2022.[15] 孫龍祥，[16] 高建軍. 場(chǎng)效應(yīng)晶體管射頻微波建模技術(shù)[M].. 1[17] 王惠功. 非線性微波、毫米波電路的分析與設(shè)計(jì)[M].. 6[18] 張肇儀，.[19] 雷振亞. 射頻/微波電路導(dǎo)論 [M].. 8[20] Raghuvir Tomar, Prakash Bhartia,a simple interstage matching technique for 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)35designing hybrid microwave power amplifier, Microwave Magazine, IEEE, , , , .致 謝忙碌而又充實(shí)的大學(xué)生活即將結(jié)束了， 在畢業(yè)論文完成之際，向所有指導(dǎo)、幫助過(guò)我的老師和同學(xué)們表示最誠(chéng)摯的謝意。首先，非常感謝鄒昕老師對(duì)我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)過(guò)程，在完成畢業(yè)論文的過(guò)程中，老師對(duì)我提供了諸多幫助，使我學(xué)到了非常多的知識(shí)，使我掌握了研究射頻功率放大電路設(shè)計(jì)的方法以及考慮問(wèn)題解決問(wèn)題的思路。再者，也要非常感謝大學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中給我?guī)н^(guò)課的老師們，老師們的教育對(duì)我終身受益，老師們不僅讓我學(xué)習(xí)到了豐富的知識(shí)，還讓我懂得了做人的道理，這一切都令我受益匪淺，必將受用終生。另外，非常感謝大學(xué)遇到的這么多同學(xué)，大家平時(shí)在校園里非常和睦，在一起也非?？鞓?lè)，還有一個(gè)宿舍的兄弟們，我們一起走過(guò)的日子，也將在我的腦海里留存。四年一晃而過(guò)，天下也沒(méi)有不散的宴席，在明德的四年是愉快的，今后當(dāng)我走在社會(huì)上我也一直會(huì)牢記老師的諄諄教誨，忘不了同學(xué)們的無(wú)私相助! 這一切的一切，必將成為我一生中的最美好的記憶!西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)36畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的不斷努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于做完了，想一想這幾個(gè)月的經(jīng)歷，真是痛苦并快樂(lè)著，我遇到過(guò)許許多多的困難，有的時(shí)候很小的一步就影響了整個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)果，一個(gè)很小的指標(biāo)都可能影響整個(gè)系統(tǒng)，這也就使我后來(lái)做設(shè)計(jì)的時(shí)候每一步自己也都非常仔細(xì)認(rèn)真，不經(jīng)意間這也提高了自己做事的專注度，通過(guò)這次設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)歷，對(duì)我的人生經(jīng)歷有很大影響，對(duì)自己今后的發(fā)展也非常有好處。四年的時(shí)間一眨眼就過(guò)去了，回想剛上大學(xué)的時(shí)候，我還是一個(gè)稚氣未脫的小孩子，大學(xué)四年過(guò)去了，我已經(jīng)二十多歲了，完完全全變成了大人，在大學(xué)四年里，遇到過(guò)很多讓人記憶深刻的事情，也遇到過(guò)一些讓人不是很愉快的事情，這就是生活，生活就是多姿多彩的。說(shuō)說(shuō)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，剛拿到畢業(yè)論文的時(shí)候自己完全沒(méi)有頭緒，不知道從哪個(gè)方面入手去寫(xiě)，在沒(méi)有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)就是綜合一下大學(xué)所學(xué)過(guò)得只是，但是后來(lái)我發(fā)現(xiàn)我的這個(gè)想法是錯(cuò)誤的，畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅僅是對(duì)大學(xué)中所學(xué)知識(shí)的總結(jié)，更是對(duì)一個(gè)人綜合能力的檢測(cè)，這讓我明白了學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，在以后的工作中也應(yīng)當(dāng)不斷的學(xué)習(xí)，努力完善自己，使自己可以更上一層樓，在這個(gè)社會(huì)中，只有不斷的豐富自己，才能在社會(huì)中穩(wěn)住腳跟，使自己不被社會(huì)所淘汰。通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)到知識(shí)必須通過(guò)真正的應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)它的價(jià)值。不要自己以為自己學(xué)會(huì)了就行了，要真正的學(xué)以致用，只有經(jīng)過(guò)實(shí)踐才能真正的掌握它，最后，在這里非常感謝指導(dǎo)和幫助過(guò)我的老師和同學(xué)們，尤其是我的導(dǎo)師，鄒昕老師，正是有了老師的幫助，我才能順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，每當(dāng)遇到不懂的知識(shí)時(shí)，老師都會(huì)不厭其煩的對(duì)我進(jìn)行指導(dǎo)，在此也謝謝老師的辛勤付出。未來(lái)的路還很長(zhǎng)遠(yuǎn)，今后我也盡我最大的力量回報(bào)社會(huì)。