功率放大器設(shè)計(jì)舉例

1、 本設(shè)計(jì)的功放性能指標(biāo) 功率晶體管的選取 電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ADS仿真 仿真結(jié)果分析 結(jié)論例：高效率射頻功率放大器設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的功放性能指標(biāo) 工作頻率：1860-1870MHz； 增益：53dB0.5dB； 輸出功率：49dBm(80W)； 增益波動(dòng)：1.0dB； 線性度：0.5dB； 駐波系數(shù)小于1.5；功率晶體管的選取 選取時(shí)注意的問題： (1)晶體管的適用頻率范圍； (2)輸出功率等特性是否能滿足指標(biāo)； (3)選取性價(jià)比高、而資料又較齊全的功率管； Motorola公司的MRF281S和MRF18085A MRF18085A：工作頻帶為1.8-2.0GHz，典型輸出功率85W(49.3dBm)

2、、增益15dB、52%的效率，且最適合AB類放大。 MRF281S：工作頻帶為1.0-2.0GHz, 典型輸出功率4W(36.0dBm)、增益11dB、30%的效率,適合于A類和AB類放大。電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) AB類放大的優(yōu)點(diǎn)：輸出功率高、增益高、線性度高。 單級(jí)功率放大器的增益一般只有10-20dB，要實(shí)現(xiàn)53dB這樣的高增益將不得不采用多級(jí)放大，通過各級(jí)增益疊加來達(dá)到任務(wù)的要求，因此本設(shè)計(jì)擬采用三級(jí)放大電路： 驅(qū)動(dòng)級(jí)(即第一級(jí))采用淺AB類放大在獲得較高的增益時(shí)以提高整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度； 中間級(jí)(即第二級(jí))采用深A(yù)B類放大在獲得較高增益的同時(shí)提高系統(tǒng)的效率； 輸出級(jí)(即第三級(jí))采用淺AB類放大在獲

3、得高輸出功率和增益的同時(shí)提高整個(gè)系統(tǒng)的線性度；偏置電路 無源偏置網(wǎng)絡(luò)：電路簡(jiǎn)單、易于調(diào)試 漏極偏置26V 柵極偏置分壓電阻分壓 射頻扼流圈RFC隔離交流 隔直電容隔離直流 旁路電容電路去耦，可改善電路性能 匹配電路 輸入匹配L型匹配； 級(jí)間匹配T型匹配； 輸出匹配型匹配；ADS器件直流仿真分析 當(dāng)時(shí)，MRF18085A的漏極電流約為2A左右。 當(dāng)時(shí)，MRF281S的漏極電流約有300mA左右。 26 ,4.0DSGSVV VV26 ,5.5DSGSVV VV功率放大器電路的最終確定 驅(qū)動(dòng)級(jí)：淺AB類放大、分壓電阻205，55 中間級(jí)：深A(yù)B類放大、分壓電阻220，40 輸出級(jí)：淺AB類放大、分

4、壓電阻205，55 5.5GSVV4.0GSVV5.5GSVV仿真結(jié)果分析 經(jīng)過對(duì)電路調(diào)試和匹配元件優(yōu)化后，就可得到滿足任務(wù)指標(biāo)的三級(jí)放大電路 在ADS中調(diào)用了一些相關(guān)模版，可對(duì)增益、輸出功率、增益波動(dòng)、線性度、駐波系數(shù)、效率和電路的穩(wěn)定性進(jìn)行仿真分析 增益和增益波動(dòng) 中心頻率1.865GHz處的增益是 52.980dB，頻率1.860GHz處的增益為52.308dB，頻率1.870GHz處的增益為53.404dB功率增益滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)53dB0.5dB 從工作頻帶1860-1870MHz來看，最大增益在1.870GHz處，最小增益在1.860GHz處，與中心頻率處的增益52.980dB相比較可

5、知最大增益波動(dòng)值為0.424dB，最小增益波動(dòng)值為-0.672dB增益波動(dòng)也滿足指標(biāo)1.0dB輸出功率、效率 在1dB壓縮點(diǎn)時(shí)輸出功率為52.807dBm，大于任務(wù)書指標(biāo)所要求的49dBm 功率附加效率PAE為37.533%線性度 線性度直線與輸出功率曲線之間的差值在1dB壓縮點(diǎn)時(shí)雖然已大于0.5dB在輸出功率小于52.236 dBm時(shí)，線性度是小于0.5dB因此從任務(wù)指標(biāo)來看線性度和輸出功率是滿足要求的。放大器電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ADS仿真中可用StabFact模版測(cè)K系數(shù)Stab_meas模版測(cè)B系數(shù) 在頻段1860-1870MHz內(nèi)，穩(wěn)定因子：可判定放大器在工作頻段是絕對(duì)穩(wěn)定的1,0KB

6、仿真中也可用Mu模版測(cè) mu_load系數(shù)MuPrime模版測(cè)mu_source系數(shù) 由穩(wěn)定因子也可判定放大器在工作頻段是絕對(duì)穩(wěn)定的_1muload _1musource 輸入輸出駐波系數(shù) 輸入駐波系數(shù)與輸出駐波系數(shù)分別表征整個(gè)電路的輸入網(wǎng)絡(luò)與輸出網(wǎng)絡(luò)的匹配程度，其值越接近于1表明匹配效果越好 在1860-1870MHz頻帶內(nèi)：輸入駐波系數(shù)輸出駐波系數(shù)滿足駐波系數(shù)小于.的指標(biāo) 輸入匹配程度優(yōu)于輸出匹配程度inVSWRoutVSWR1.5inVSWR 1.5outVSWR結(jié) 論所設(shè)計(jì)的三級(jí)放大電路的工作頻率為1860-1870MHz時(shí)，其功率增益在52.308dB-53.404dB之間，滿足小于1.0dB的增益波動(dòng)，1dB壓縮點(diǎn)輸出功率大于49dBm,