资源描述：
《基于负载牵引技术的射频功率放大器设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、射频功率放大器要输出一定地功率给负载,利用负载牵引技术可以弹性地找到所需功率地负载点.这里描述了基于负载牵引技术地5.2-GHzWLAN地功率放大器地设计方法,采用CMOS工艺设计了放大电路,接着对该放大电路进行负载牵引,在此基础上设计输进输出匹配网络,最后使用ADS软件进行整体仿真,得到了满足系统指标要求地功率放大器.功率放大器处于通讯系统中信号发射机地最末端,用来放大信号,与小信号放大器不同,它要输出一定地功率给负载.效率是功率放大器地一个基本指标,就非恒包络调制方式而言,包络中携带有用信息,因此又需要功率放大用具有一定地线性度.射频功率放大器工作在大信号状态时,会由于
2、晶体管地非线性而表现出较强地非线性特性,从而使得信号失真,所以小信号放大器地设计方法并不适合射频功率放大器地设计.小信号分析法地发展主要是基于线性控制理论,线性控制理论发展了一系列行之有效地设计理论,这就使得小信号放大器地设计变得简单可靠.而大信号,则是非线性控制要关注地题目,但非线性控制理论中数理运算十分复杂,没有线性控制理论那样简单直观.利用负载牵引技术,可以在没有大信号S参数地情况下,不断变化负载阻抗,找到射频功率放大器输出功率最大（或效率最高）时地那个负载阻抗,即所谓地最佳阻抗.文中描述了5.2-GHzWLAN地射频功放地设计方法,借助高频电路设计辅助软件ADS进行
3、负载牵引,然后设计输出匹配网络,接着设计输进匹配网络,在此基础上进行优化.最后给出了增益、输出功率、附加效率等参数.1、放大电路地设计本次电路设计采用台积电TSMC0.18umCMOS工艺,放大电路如图1所示,电路结构为差分形式,采取两级放大,分别为驱动级和输出级.驱动级采用差分地共源共栅（Cascode）微波电子网ÿwww.mwpa.cn'Phone:18600028837*Address:mwpacn@163.com结构,可以提供适当地电压增益；输出级也是差分地共源共栅结构,在提供一定地电压增益地同时,还提供输出功率,这种结构可以进步功放输出电压地摆幅,从而降低对晶体管
4、最大电流能力地要求,进步功放地效率.两级之间采用地耦合电容Cp和Cn,在进步隔离度地同时起到级间阻抗匹配地作用.电感L1p、L2p、L1n、L2n用作负载,电感Lnp用来抵消源极寄生电容对功放效率地影响,其中L1p、L1n和Lnp采用工艺库里地片上螺旋电感来实现,而L2p和L2n采用高Q值地键合线电感实现,这样可以有效进步功放地增益.单路输进信号经输进匹配网络由巴伦转换成两路信号Vinp和Vinn,放大后地两路信号Voutp和Voutn经输出匹配网络由巴伦转换成一路信号送至天线.图1、放大电路结构示意图2、负载牵引技术地应用负载牵引技术可以由实际丈量系统[2][3]和高频电
5、路设计辅助软件[4]][5]两种方式实现,但是搭建一个负载牵引丈量系统地本钱相当之大,而且不易实现,本文采用ADS软件对上面微波电子网ÿwww.mwpa.cn'Phone:18600028837*Address:mwpacn@163.com所设计地功率放大器使用负载牵引（Loadpull）技术有规则地搜寻史密斯（Smith）圆图上地每个区域,确定最佳负载地阻抗值；然后设计输出匹配网络,将实际负载阻抗（通常为50Ω）变换到最佳负载阻抗.负载牵引技术应用于功率放大器地设计如图2所示,中间地电路模块是在图1放大电路地基础上引进了巴伦从而使得信号单端输进单端输出.图2、负载牵引仿真
6、框图负载牵引结果如图3所示,同一条等高线代表地是相同地输出功率,越趋向于中心点,输出功率越大,最中心点为最大输出功率,这是一个不断收敛地过程.等高线输出功率公式如下：上式中,Pdelmax为最大输出功率,contour[6]是软件中自带地等高线函数,由此公式可以得到以Pdelmax为中心、Pdel_step为步进地等高线,如图3所示.微波电子网ÿwww.mwpa.cn'Phone:18600028837*Address:mwpacn@163.com图3、负载牵引结果对应于最大输出功率地负载即为最佳负载,由图3可知,此次设计地功率放大器地最佳负载阻抗为（39.142+j9.0
7、92）Ω接下来设计输出匹配网络使实际负载与最佳负载形成共轭匹配,从而使输出功率最大化,使用Smith圆图做匹配.3、整体仿真输出阻抗匹配网络做完后再做输进匹配网络,将输进阻抗匹配到端口阻抗(50Ω),输进匹配网络地主要目地是要提供够高地增益,这与输出匹配网络是为了达到所要求地输出功率不同.S参数中S11表征输进匹配情况,S21表示增益,仿真结果如图4所示,由此可以看出输进匹配较好且增益基本符合要求.微波电子网ÿwww.mwpa.cn'Phone:18600028837*Address:mwpacn@163.com图
