功率放大器设计4

姓名： 学号： 1 1111设计任务及方案选择 1.1.1.1.1111 设计任务 高效率功率放大器性能指标如下： 1. 工作频率在 1 GHz-3 GHz范围内自由选取，并至少在任意连续 100 MHz 带宽内都能满 足以下指标要求； 2. 输出功率大于 35 dBm； 3. 漏极效率大于 60%； 4. 最大输出功率点回退 6 dB，1 MHz 双音间隔测试 IM3>30 dBc； 1.1.1.1.2222 设计方案 本设计采用 Freescale 的功放管MRF6S27015NH，通过静态工作点扫描，设定功放管工 作在 AB类状态，利用 load-pull和 source-pull技术得到输出输入匹配网络。采用谐波平 衡仿真得到输出功率和效率等设计指标。 2 功率放大器仿真设计 2.12.12.12.1 确定静态工作点 为了确定静态工作点，首先要对管子进行静态工作点扫描，栅极偏压范围 1v至 5v， 漏极扫描电压为 0v 至 56v。以下为扫描电路原理图和扫描结果。 姓名： 学号： 2 图 1 静态工作点直流扫描 图 2 静态工作点扫描结果 姓名： 学号： 3 由于设定功放管工作在 AB类，结合静态工作点扫描结果，并参考 Data Sheet给出的 值确定合适的静态工作点。最后设定栅极电压为 3.1v，漏极电压为 28v。为了提高线性度， IDS.i 设为 572mA。 2.22.22.22.2稳定性分析 不稳定的电路很容易引起功放管自激甚至损坏。所以，在放大器匹配电路设计的时，首 先需要进行稳定性分析和稳定电路的设计，尽量保证稳定系数 K 在整个或工作频段及附近 大于 1. 首先对管子进行稳定性分析，如图 3 所示 分析结果如图 4所示 ，可见未加稳定措施时，在 2.4Ghz以后 K<1，为了使 K值在整个频 图 3 MRF6S27015NH 稳定性分析原理图 图 4 稳定性分析图 姓名： 学号： 4 段内都大于 1，需要增加稳定电路以解决其稳定性。常用办法是在功放管输入端加入电阻等 有损元件来消耗掉过多的能量，特别是低频部分。输出端一般不加入电阻，以免造成输出功 率损失。在射频输入端口插入电阻和电容组成的并联网络，再并联射频去耦电容，最后串联 一个稳定电阻。最后，加入偏置后的电路如图 5 所示： 仿真结果如图 6所示，可以看出 K值在整个频段内都大于 1，无条件稳定了，可以开始下一 步设计了。 图 5 加偏置后的稳定性分析电路原理图 图 6 稳定因子曲线图 姓名： 学号： 5 2.42.42.42.4 Load-pullLoad-pullLoad-pullLoad-pull负载牵引 利用 ADS中的 Load-pull 模板 个人简介word模板免费下载关于员工迟到处罚通告模板康奈尔office模板下载康奈尔 笔记本 模板 下载软件方案模板免费下载 ，通过 Load-Pull 仿真可以得出功放管的输出阻抗，利 用得到的阻抗值，就可以用其复共轭值做其输出匹配网络的阻抗值，然后进行输出匹配电路 的设计。本设计设定输入功率为 30dBm。频率在 1.2Ghz。 Load-pull 的电路原理图 如图 7 所示。 经过仿真分析，并不断调整等功率圆和等效率圆，并调整圆心位置，得到最佳匹配阻抗值， 仿真结果如图 8 所示： 图 7 load-pull 电路原理原理图 姓名： 学号： 6 从图 8 可以得到功率最大为 39dBm，PAE 为 54.89%。调整两圆心位置，使之重合，选择 功率最大的负载阻抗值 Zl=2.86+j*7.528Ω 作为输出阻抗来进行输出匹配电路的设计。 2.52.52.52.5 输出匹配电路设计 在输出匹配电路设计中，将 Load-pull 仿真得到的最佳负载阻抗值的共轭匹配到 50 Ω 如图 9 所示： 图 8 load-pull 仿真结果图 姓名： 学号： 7 利用 Smith Chart 工具生成匹配电路，如图 10 所示： 图 9 负载输出匹配原理图 图 10 生成匹配电路 姓名： 学号： 8 最后的输出匹配电路如图 11所示，将微带线替换为实际微带线并重新仿真，结果如图 12 所示： 2.62.62.62.6 source-pullsource-pullsource-pullsource-pull 输入端源牵引 插入 source-pull 模板并将生成的输出匹配电路放入电路中。Source-pull 仿真原理图，如 图 13 所示： 图 11 匹配电路 图 12 输出匹配电路仿真结果 姓名： 学号： 9 对 source-pull 电路原理图进行仿真，在数据窗口中调整功率圆和效率圆，使圆心尽量重合， 结果如图 14 所示： 图 13 Source-pull 原理图 图 14 Source-pull 仿真结果 姓名： 学号： 10 从源牵引仿真结果图可以得到输出功率为 40.87dBm，PAE 为 30.34%。 可以得到最佳的 源阻抗值为 Zs=1.87-j*7.35。接下来就可以进行输入匹配电路设计了。 2.72.72.72.7 输入匹配电路设计 新建电路原理图，生成匹配电路，将负载设为 Zs的复共轭 1.87+j*7.35，电路原理图如图 15所示： 同样，利用 smith chart 工具生成匹配电路。如图 16所示： 图 15 输入匹配电路 姓名： 学号： 11 将微带线计算后替换成实际微带，生成的输出匹配网络如图 17 所示： 重新仿真，结果如图 18 所示 图 16 生成输入匹配电路 图 17 输入匹配电路 姓名： 学号： 12 生成了输入输出匹配网络后，就可以进行谐波平衡仿真了。 2.82.82.82.8 谐波平衡仿真 新建原理图，插入谐波仿真模板，将 load-pull 和 source-pull 生成的匹配网络加入，如图 19 所示： 图 18 仿真结果 姓名： 学号： 13 在仿真数据窗口中编辑计算图 20中的的函数方程，并仿真，可以看到输出功率为 40.7dBm， 满足设计指标，PAE为 58.275%，接近设计指标。 图 19 谐波平衡仿真原理图 图 20 输出功率、效率仿真结果 姓名： 学号： 14 2.92.92.92.9 三阶交调仿真 将优化后的原理图建立模型，搭建如图 21 所示的电路。 图 21 三阶交调测试原理图 姓名： 学号： 15 由图可见 1MHz 双音间隔调试 IM3>30dBc，满足设计要求。 3333总结 经过本次功率放大器的仿真设计，对功率放大器的仿真设计 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 有了一个较 为清晰的认识，学习了 ADS 软件在功率放大器设计中的应用，为以后的学习研究 打下了基础。在本次设计中各种问题都是第一次碰到，无论是 ADS 软件的应用还 是功率放大器设计的一些知识都很欠缺，在设计中留下了许多缺憾。例如，在做 source-pull 时 PAE 很小，而且电路的优化还不会做，导致最终设计的功率放大 器效率指标未能能达到。总之，本次设计的电路指标上还有许多有待提升的地方， 需要加强学习。最后感谢鲍老师和游老师对这门课程的讲授和指导以及同学的帮 助。 1设计任务及方案选择 1.1设计任务 1.2设计方案 2功率放大器仿真设计 2.1确定静态工作点 2.2稳定性分析 2.4Load-pull负载牵引 2.5输出匹配电路设计 2.6source-pull输入端源牵引 2.7输入匹配电路设计 2.8谐波平衡仿真 2.9三阶交调仿真 3总结