【正文】 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(luò)實現(xiàn) 微波功率放大器的匹配網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)途徑主要有：集總元件法，分布參數(shù)法。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(shè)計。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。輸出匹配電路用來完成放大器的輸出端口與負(fù)載之間的匹配，其主要作用是提高輸出功率、改善輸出駐波比和抑制諧波。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(fù)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。 1 寬帶微波功率放大器匹配電路 寬帶微波功率放大器輸入輸出匹配電路對于單級功率放大器而言，主要是設(shè)計輸入 匹配電路和輸出匹配電路，而設(shè)計多級功率放大器則還需要設(shè)計級間匹配電路。相控陣?yán)走_特別是有源相控陣?yán)走_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。寬帶微波功率放大器以 其低非線性失真以及良好的匹配性等特點，成為現(xiàn)代無線接入技術(shù)和遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)中的一種極為重要的放大器類型。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(wù)的服務(wù)。 II microstrip tapered line impedance converter。 C 波段微波功率放大器的設(shè)計 .1992. pp36 [9] 趙保經(jīng) . 微波集成電路 . 1995. pp216218 [10] 趙國湘、高葆新。微波功率放大器非線性分析。 最后特別感謝我家人一直以來給我信心、鼓勵和支持。本文的工作從方案論證，到電路 仿真調(diào)試 都是在老師的指導(dǎo)下完成的，老師深厚的理論功底，豐富的實際 經(jīng)驗，孜孜不倦的教誨都使我 受 益非淺，也促成了本文的順利完成。老師有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)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。然后根據(jù)給出的具體指標(biāo)要求用等效負(fù)載牽引法設(shè)計研究，且用 ADS軟件進行優(yōu)化仿真，經(jīng)過一系列實驗調(diào)試，所設(shè)計的放大器輸出功率增益達到了 17dB，較好地完成了 功率放大 器的電路設(shè)計，從工作中也發(fā)現(xiàn)還有需要進一步改進，以達到最初的設(shè)計要求。要求在輸入 ，輸出功率增益 大于 16dB，輸出功率為 1W。當(dāng)前世界無線通信發(fā)展迅速，對微波功率放大器研究的重要性日益顯著，也備受人們的關(guān)注。 圖 438 模型的內(nèi)部電路 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 30 頁 共 35 頁 結(jié)束語 微波功率放大器是微波設(shè)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。滿足設(shè)計要求。這是因為匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置出現(xiàn)了些問題，要對電路進行少許的修改。優(yōu)化方式選擇為“ Gradient”，最大優(yōu)化次數(shù)為 50次，輸出功率優(yōu)化目標(biāo) OptimGoal1最小為 ，二次諧波抑制 OptimGoal2為 40dBm，同時改變偏置電路為微帶混合型。應(yīng)該先吧“ HARMONIC BALANCE”中的“ SweepVar”關(guān)閉，即不賦值，然后再進行優(yōu)化。陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 27 頁 共 35 頁 圖 435優(yōu)化參數(shù)設(shè)置 (4)固定輸入功率為 30dB。 (2)用鼠標(biāo)雙擊所有的微帶，進行如圖 433所示的優(yōu)化設(shè)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(jié)果。 在節(jié)點上連接 3個器件且微帶很寬的地方加入 Mtee元件，如圖 432所示。 優(yōu)化輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò) (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。 從 431的圖中可以看出，在輸入功率為 30dBm時功放的輸出功率、附加效率、 1dB壓縮點均不復(fù)合要求，增益也嚴(yán)重偏低。工作頻率為 945MHz，掃描功率為 30dB40dB。 圖 426 仿真結(jié)果 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁 共 35 頁 圖 427 源阻抗的史密斯圓圖匹配 圖 428 完成匹配后的原理圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁 共 35 頁 圖 429 仿真結(jié)果 電路優(yōu)化設(shè) 計 諧波平衡仿真 (1)新建一個原理圖，在原理圖框中建立圖 430所示的原理圖，在此采用諧波平衡仿真。 (3)對輸入阻抗進行共軛匹配，即匹配到 +j*。單擊 OK出現(xiàn)名為“ HB1ToneSourcePull”的原理圖，修改原理圖，在功率 管輸出阻抗匹配電路，如圖 425所示。結(jié)果如圖 424 圖 424 添加實際元件后的仿真結(jié)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(rèn)為輸出阻抗的匹配工作已經(jīng)完成。如圖 424所示 圖 424 MRF9045的微帶的計算 (8)添加 S參數(shù)仿真控件，與 MSub控件，對原理圖進行仿真，觀察 S(2,1)的參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)匹配已經(jīng)良好。 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)。為節(jié)約尺寸，采用分立件和微帶混合的方式匹配。 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。如圖 422所示。將頻率設(shè)置為 ，負(fù)載阻抗 ZL為*， Zs為 50Ω。 圖 421 OutputMatch 原理圖 (2)執(zhí)行菜單命令【 Tools】中的【 Smith Chart】 ,彈出“ SmartComponent Sync” 對話框，選擇“ Update Smith Chart Utility from SmartComponent”選項。 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。改為 50。 確定輸出的負(fù)載阻抗 (1)LoadPull掃描參數(shù)確定后，再重新仿真，結(jié)果如圖 420所示。執(zhí)行菜單命令【 DesignGuide】中的【 Loadpull】，然后選擇Reflection Coefficient Utility，此時會彈出一個新的數(shù)據(jù)顯示窗口，如圖 419所示 圖 418 LoadPull 圓公式 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 共 35 頁 圖 419 確定 LoadPull圓 依照最開始的仿真圖，確定一個大概的圓心與半徑的范圍，經(jīng)過調(diào)整使功率圓和效率圓的圓心均能顯示，最后選擇 s11_center=+j*， s11_rho=。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。選擇“ LoadPullPAE,Output Power Contours”模板。 (3)重新仿真，結(jié)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(xué)院畢業(yè)設(shè)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。 穩(wěn)定措施 (1)單擊工具欄中的 ，彈出“ Component Library/Schematic”對話框，選擇“ RF Passive SMT Library”的“ SMT Resistor”，然后選擇“ sr_avx_CR_10_K_19960802” 電阻，將其添加到原理圖上，如圖 411所示， 再選擇“ Capacitor”將電容“ sc_mrt_MC_GRM40C0G050_J_19960828”電容添加到原理圖中。 圖 410 仿真結(jié)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。 Attributes”對話框，選擇要顯示的 StabFact1，點擊【 Add】然后點【 OK】。雙擊 S參數(shù)掃描控件，完成掃描參數(shù)設(shè)置，起始頻率為 1MHz，終止頻率為 3GHz,步長為 1MHz，陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 共 35 頁 設(shè)置完后的原 理圖如 49所示。 圖 47 創(chuàng)建新的原理圖 圖 48 選擇 S參數(shù)掃描模板 (3)調(diào)出 MRF9045N以及飛思卡爾識別空間，從“ LumperComponents”元件面板中調(diào)出扼流電感 DC_Feed和隔直電容 DC_Block，從“ SourcesFreq Domain”元件模板中調(diào)出直流電壓源 V_DC，加入 S參數(shù)掃描控制器和 Term端口，用導(dǎo)線連接好。 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(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 共 35 頁 (2)插入 S參數(shù)掃描模板。 圖 46 IV 曲線圖表 (3)因為是 AB類功放，所以選取 VGS =，靜態(tài)工作電流 IDS =717mA作為工作點。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 35 頁 圖 43 VGS掃描參數(shù)設(shè)置 圖 44 VDS掃描參數(shù)設(shè)置 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 35 頁 圖 45 設(shè)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。 (3)直流掃描電路模型設(shè)置完成，完成后的原理圖如 46所示。 掃描參數(shù)的設(shè)置 (1)雙擊參數(shù)掃描控件“ RARAMETER SWEEP”，修改參數(shù)如圖 43所示。 圖 41 選擇直流掃描模板 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 35 頁 42 添加 FET直流掃描模板后的原理圖 放入飛思卡爾元件模型 (1)選擇元件面板列表中的“ Freescale RF High Power Model Library”選項，將面板中的元件以及飛思卡爾的控件放入原理圖中，并用導(dǎo)線連接起來 。 (3)單擊鼠標(biāo)左鍵將添加的 FET直流掃描模板放入原理圖中。 直流掃描 首先安裝 DesignKit，然后新建工程“ PowerAmplifier_prj”，調(diào)用 ADS內(nèi)部所帶的直流掃描模板對 MRF9045N進行直流掃描 插入掃描模板 (1)執(zhí)行菜單命令【 Insert】，選擇【 Template】彈出“ Insert Template”對話框，如圖 41所示。 為了明確設(shè)計目的，在此列出了一些設(shè)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(shè)計要求，本設(shè)計選定飛思卡爾公司的 LDMOS(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor)功率管 MRF9045N。 (5)對所涉及電路進行仿真，分析仿真曲線并得出結(jié)論。 (3)進行功率放大器的電路設(shè)計，包括阻 抗匹配、設(shè)置偏置電路和直流扼流等。 微波功率放大器的設(shè)計步驟及參數(shù) 為了完成功放特性仿真，設(shè)計通常需要以下幾個步驟： (1)選擇一個合適的功放管模型，下載下來并將其導(dǎo)入 ADS的模型庫中。功率放大器在大信號工作時，功率管的最佳負(fù)載阻抗會隨著輸入信號功率的增加而改變。 因此，當(dāng)我們用 S參數(shù)法來分析放大器時，就從其輸入端口或輸出端口反射系數(shù)的模是否大于 l來判斷晶體管放大器的穩(wěn)定性。假設(shè)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(dāng) R in 0時， 1??in ?？梢詮姆糯笃鬏斎攵丝?