【正文】 增益，平方后可以得到反向功率增益；是端口 1 匹配時端口 2 的電壓反射系數(shù)。當(dāng)電路穩(wěn)定之后，其余的參數(shù)才能給予考慮。 進行一個放大器設(shè)計前，首先應(yīng)當(dāng)確定晶體管有沒有具有穩(wěn)定。本次做放大器采用的 ADS 軟件，在軟件中我們就用上面的公式法 K，B 來判斷電路是否穩(wěn)定。 StabFactl 相當(dāng)于 K，判斷 StabFactl 是否大于 1 就行。圖 24 表示的就是在實踐中往往用到的穩(wěn)定方法。此外，輸入端加入電阻后會在某些頻段引起增益損失，一般需通過加入 RC, RL, RCL 選頻網(wǎng)絡(luò)加以改善以滿足設(shè)計要求。 功率放大器基本原理功率放大器的種類：傳統(tǒng)上，由于射頻功率放大器放大信號的模式，功率放大器大致上分為兩個大類：在兩種模式下，分別是放大模式功率放大器和開關(guān)模式功率放大器。對雙極型晶體管而言，開關(guān)工作模式功率放大器根據(jù)雙極型晶體管所處的端電壓狀態(tài)，工作在截止區(qū)及飽和區(qū)；相對于場效應(yīng)晶體管看，開關(guān)工作模式功率放大器根據(jù)場效應(yīng)晶體管所處的端電壓狀態(tài)，工作在截止區(qū)或線性區(qū)。本文主要說明一下 A、B、C 和 AB 類功率放大器。如圖 31，直流偏向點往往定在截至點和飽和點的之間這塊范圍。西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)14圖31 A類放大器的特性曲線（2）B 類功率放大器B 類功率放大器由兩個不同類型的晶體管構(gòu)成。這樣在整個信號周期內(nèi)，兩個晶體管可以交替工作，輸出電流和電壓波形仍然會保持完整。由于 B 類功率放大器的晶體管，在一整個周期信號內(nèi)沒有相聯(lián)系，所以相對于 A 類放大器，晶體管的靜態(tài)損耗相對較低，效率則要比 A類稍高一點。還要低，在晶體管內(nèi)部，很小一部分是連接著的，而且電流也只是很小的一點。C 類射頻功率放大器的最大效率在實際上應(yīng)當(dāng)可以非常高，接近 1，然而導(dǎo)通角為 0176。圖33 C類特性曲線（4）AB 類功率放大器AB 類射頻功率放大器，顧名思義，和 A 類，B 類放大器有很大的聯(lián)系，它是處在 A 類和 B 類功率放大器中一種，無信號輸入時，當(dāng)有一個靜態(tài)偏置電流存在，AB 類放大器在輸入信號的大半個周期都處于導(dǎo)通狀態(tài)，此類放大器導(dǎo)通角在 180176。 之間。這次畢業(yè)設(shè)計我所選擇的功率放大器就是一個 AB 類功率放大器。 輸出功率輸出功率( 或 )是反映功率放大器對外輸出能力的指標(biāo)，通常有最大 OUTPL(飽和)輸出功率 ( )和 1dB 壓縮點輸出功率( )兩種。對于一個 PA，在操作過程中為使其有相對較大的輸出能力，所以我們往往讓他們在非線性區(qū)工作，這一點非常重要。常見的功率的表示單位有瓦(W)、毫瓦(mW )等。 功率增益功率增益對一個放大器的直接影響是反映了放大器的功率放大能力，他是衡量放大器整體性能好壞的一個關(guān)鍵因素，通過功率增益可以看出一個放大器是否穩(wěn)定。比方一個放大器僅有 10dBm 的功率，那么這個功率放大器也只能有 10dBm 的功率增益才行。根據(jù)式 23 可以得到 A??類功率放大器的效率最大為 50%,同理 B 類為 %，C 類為 100%。在設(shè)計放大器過程中，當(dāng)放大器工作在大信號狀態(tài)時，我們必須要考慮晶體管的非線性效應(yīng)。但隨著輸入信號幅度的增加，晶體管的工作區(qū)域由線性區(qū)會轉(zhuǎn)向飽和區(qū)，出現(xiàn)非線性失真，功率放大器的增益開始下降，或稱其為壓縮。（2） 諧波失真諧波失真是衡量功率放大器的一個重要指標(biāo)，它是指當(dāng)功率放大器輸入單一信號時，在輸出端，除了基頻信號被放大以外，原信號的各次諧波也被放大，導(dǎo)致可能干擾其余的頻帶，這樣的情況下通常需要通過加匹配網(wǎng)絡(luò)進行諧波抑制才可以。如圖所示，其中，三階交調(diào)失真（IMD3）因其頻率與載波頻率很近，難以用濾波器消除，容易產(chǎn)生干擾臨近頻率，對系統(tǒng)產(chǎn)生很大的危害。 （m 、n=0 、2……） 21nfm?（36）圖34 放大器的交調(diào)失真每個分量分別稱為其 m+n 階交調(diào)分量。三階交調(diào)點（IP3）的定義是是基頻信號功率和三階交調(diào)信號功率的虛擬延長線上相交的點，這個點就是三階交調(diào)點。（4） 錯誤向量幅度 發(fā)射機發(fā)射的信號除了不在相鄰?fù)ǖ纼?nèi)產(chǎn)生影響外，對它的本質(zhì)要求是通道內(nèi)的信號具有很高的質(zhì)量，能被接收機準(zhǔn)確解調(diào)。EVM 就是發(fā)射機發(fā)射信號錯誤向量的歸一化長度。（1） 確定指標(biāo)，選擇工藝并添加設(shè)計所需的工藝庫。（3） 進行功率放大器的電路設(shè)計。 功率放大器的指標(biāo)AB 類功率放大器是功率放大器中最常見的一種類型，它較好的利用了效率和線性度的折中進行設(shè)計。1dB 壓縮點輸出功率：35dBm。確定設(shè)計指標(biāo)后，就可以進行功率放大器的設(shè)計和仿真了。ADS 軟件能實現(xiàn)系統(tǒng)、電路、全三維電磁場仿真，并且可以與其他仿真軟件以及安捷倫測試儀器進行連接仿真驗證，可以使設(shè)計者在繁雜的系統(tǒng)、電路中快速的完成電子設(shè)計并通過測試。（2） 射頻系統(tǒng)仿真器：使用精確的模塊級模塊對整個射頻系統(tǒng)進行建模（3） 13 類優(yōu)化器：可對設(shè)計進行優(yōu)化，實現(xiàn)最佳的產(chǎn)品性能（4） 連接管理器：用于安捷倫測試儀器進行雙向數(shù)據(jù)傳輸 射頻功率放大器的仿真現(xiàn)代移動通信的發(fā)展對移動終端的要求變得越來越高，本文中設(shè)計了一個工作在 900MHz 的 AB 類功率放大器。 靜態(tài)工作點的選擇選擇功率放大器的工作狀態(tài)確定靜態(tài)它的工作點，在 ADS 元件面板中入MW6S010N 模型庫，然后根據(jù) ADS 仿真軟件操作步驟建立如圖 41 所示的直流仿真電路圖，并進行仿真。和數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)相比，2?GS ?DSI電流取的相對比較大，這是為了可以獲得更好的線性度。從仿真結(jié)果可看出，低頻時由于寄生效應(yīng)的影響，K1，可能會發(fā)生振蕩。如果穩(wěn)定因子小于1，則晶體管有可能會發(fā)生震蕩，所以要采取一定的穩(wěn)定措施來使晶體管處于穩(wěn)定狀態(tài)。 輸入輸出匹配阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計是成功地設(shè)計射頻功率放大器的關(guān)鍵所在。 負載牽引設(shè)計方法在進行阻抗匹配設(shè)計之前，先簡單介紹負載線與共軛匹配的區(qū)別。相反，負載線匹配方式則主要考慮到了電路實際工作時可能出現(xiàn)的最極端的情況，即一個信號源的最大承受電壓 和最大輸出電流 。在進行功率放大器設(shè)計時，確定通常采用Loadpull曲線來獲得輸出端匹配電路的阻抗值。Loadpull曲線可以通過ADS 的Loadpull仿真獲得。將匹配電路經(jīng)過仿真，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(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有完全顯示，這就需要在仿真前調(diào)整Loadpull 掃描點范圍，Loadpull 掃描參數(shù)確定后再重新仿真。 諧波平衡仿真完成所有原理圖電路后，就可以對它性能參數(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HB仿真控制器對其進行設(shè)置，在 Sweep欄中的Parameter to sweep處填入RFpower，掃描范圍為0～30dBm。因此，必須對電路進行優(yōu)化設(shè)計，以達到要求。此次我們設(shè)計此 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進行此次設(shè)計。在原理圖工具欄中將仿真控件和目標(biāo)全部失效，重新進行掃描即可得到此時的S參數(shù)及諧波掃描結(jié)果，如下圖所示。西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)32第五章 全文總結(jié)因為當(dāng)今通信的飛速發(fā)展，發(fā)射機重要部件之一的功率放大器，其影響越來越明顯，設(shè)計一個性能指標(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)知識點，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 ADS2022 仿真軟件對功率放大器進行了穩(wěn)定性分析，共軛匹配與負載線匹配，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)計出了一個滿足事先指標(biāo)的 AB 類射頻功率放大器。此外，穩(wěn)定性設(shè)計和阻抗匹配決定了功率放大器在系統(tǒng)中所能進行的工作狀態(tài)，這些都是設(shè)計功率放大器的重點，每一步都應(yīng)當(dāng)按照相應(yīng)的要求完成才行。但是由于本次實驗時間比較倉促及客觀條件的限制，本次設(shè)計的方案只是限于在 ADS 仿真環(huán)境下進行，進行了大量仿真驗證，都是僅僅在實際理論的層次上，而并沒有進行實物的測試。西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)33西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)34參考文獻[1] 射頻電路設(shè)計與仿真實例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2022.[2] 射頻電路設(shè)計基礎(chǔ)與典型應(yīng)用[M]北京：人民郵電出版社，2022.[3] 馮新宇，車向前， 射頻電路設(shè)計與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2022(6).[4] 射頻電路設(shè)計與仿真從入門到精通[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. 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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(論文)36畢業(yè)設(shè)計小結(jié)經(jīng)過幾個月的不斷努力，畢業(yè)設(shè)計終于做完了，想一想這幾個月的經(jīng)歷，真是痛苦并快樂著，我遇到過許許多多的困難，有的時候很小的一步就影響了整個設(shè)計結(jié)果，一個很小的指標(biāo)都可能影響整個系統(tǒng)，這也就使我后來做設(shè)計的時候每一步自己也都非常仔細認真，不經(jīng)意間這也提高了自己做事的專注度，通過這次設(shè)計畢業(yè)設(shè)計的經(jīng)歷，對我的人生經(jīng)歷有很大影響，對自己今后的發(fā)展也非常有好處。說說本次畢業(yè)設(shè)計，剛拿到畢業(yè)論文的時候自己完全沒有頭緒，不知道從哪個方面入手去寫，在沒有做畢業(yè)設(shè)計以前覺得畢業(yè)設(shè)計就是綜合一下大學(xué)所學(xué)過得只是，但是后來我發(fā)現(xiàn)我的這個想法是錯誤的，畢業(yè)設(shè)計不僅僅是對大學(xué)中所學(xué)知識的總結(jié)，更是對一個人綜合能力的檢測，這讓我明白了學(xué)習(xí)是一個長期的過程，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，在這個社會中，只有不斷的豐富自己，才能在社會中穩(wěn)住腳跟，使自己不被社會所淘汰。不要自己以為自己學(xué)會了就行了，要真正的學(xué)以致用，只有經(jīng)過實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，每當(dāng)遇到不懂的知識時，老師都會不厭其煩的對我進行指導(dǎo)，在此也謝謝老師的辛勤付