s 波段ab 类gaas 功率放大器eda 仿真设计new

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1、北京琅拓科电子设备有限公司射频室技术文档RF0907001功率放大器芯片功率放大器模块功率放大器整机功率放大器测试组件地址1：北京市海淀区中关村南三街8号（中国科学院基础科学园区）地址2：北京市昌平区回龙观新龙城36C-4-2001传真：010-82984988电话：010-82984988企业邮箱：service@lottak.com网址：http://www.lottak.comhttp://www.paper.edu.cnS波段AB类GaAs功率放大器EDA仿真设计刘洪利电子科技大学电子工程学院，成都(610054)E-mail：TUTUfeelen@163.comUUTT摘要：介

2、绍了应用微波电路仿真软件ADS设计S频段功率放大器的方法。该设计采用直流分析仿真确定功率管的静态偏置；对功率管进行负载牵引和源牵引仿真得到所需输出功率下的最佳负载阻抗和源阻抗，并综合设计出输入、输出匹配电路；最后采用谐波平衡法对整体电路进行仿真优化，使得增益、驻波、输出功率、谐波等性能指标均达到设计要求。关键词：ADS软件;功率放大器;负载牵引仿真;谐波平衡法中图分类号：TN7221.引言微波功率放大器在通信、雷达、电子对抗、遥测遥感等领域得到广泛应用。微波固态功率放大器具有体积小、工作电压低、稳定性高、良好的可重复性等优点备受青睐。本文介绍了一种基于EDA技术分析设计S波段微波固态功率

3、放大器的方法，通过对功率晶体管的大信号模型进行直流分析仿真确定放大器的正确偏置；采用ADS仿真软件中的负载牵引和源牵引模块仿真得到放大器所需输出功率的最佳负载阻抗Z和源阻抗Z，并结合小信号L_optSopt_S参数特性设计出输入、输出匹配电路；最后对整体电路采用小信号法、大信号法仿真优化，使得放大器在通带内的增益、驻波系数、输出功率、谐波等性能满足设计目标。功率放大器设计技术指标如下：工作频率范围(3.2GHz~3.4GHz);饱和输出功率(40dBm);输入、输出驻波比(≤2:1)；工作电压(12V)。2.设计原理首先参考放大器的功率、耐压和工作频率及带宽选取适当的功率管，该设计选取的

4、GaAs功率管在S波段1dB压缩点输出功率(P)典型值为10W，工作电压12V。1dB该功率器件的输入、输出端均未匹配，因此应精心设计满足匹配、带宽、驻波特性、输出功率等性能指标的输入、输出匹配网络。图1所示为该功率放大器的原理框图，输入匹配ZSopt_VGVDZL_optZZinout图1功率放大器原理框图电路对放大器输入端实数部分较小的复阻抗进行匹配，把放大器输入端的复阻抗变换为信号源阻抗的共轭值，实现输入共轭匹配，获得最大功率增益。输出匹配网络用来完成放大器输出端口与端接负载间的匹配，为了得到最大输出功率，输出匹配网络把负载阻抗转换为最佳[1]负载阻抗ZL_optPPPP。由于功率

5、放大器具有强的非线性特性，功率放大器的功率匹配和增益匹-1-http://www.paper.edu.cn[1]配有较大的差别PP，为实现增益平坦、电路稳定及输出功率等技术指标，功率放大器的输入、输出端会出现一定程度的失配。设计过程中最佳负载阻抗Z和源阻抗Z可由负载牵引L_optSopt_[2]法PP测量、仿真得到。3.功率放大器设计3.1选定偏置该功率放大器选取AB类工作设计，采用ADS的直流分析仿真模块对功率管的静态工作点进行扫描仿真分析，设置栅源电压(V)在-1V~-0.2V间扫描，漏源电压(V)扫描范围GSDS选取0V~15V。直流分析仿真的结果如图2，该设计选取V=12V，V=

6、-0.8V，静态工作电DSGS2.53.0m1VDS=12.0002.52.0IDS.i=0.184)VGS=-0.800000A(2.01.5IDS(A)IDSm11.5VGS=-0.8001.0IDS.i=0.1841.0漏极电流漏极电流0.50.5m1m10.00.001369125-2.0-1.5-1.0-0.50.0漏源电压VDS(V)栅源电压VGS(V)图2直流分析仿真曲线流I=180mA。DQ3.2输入、输出匹配电路设计该功率放大器设计以功率管的功率负载特性和小信号S参数作为输入、输出匹配电路设计的出发点。使用ADS软件中的负载牵引和源牵引仿真模块对功率管的非线性模型进行分

7、析，得到功率管在中心频率3.3GHz处的功率负载特性如图3。由图可知，在AB类工作图3负载/源牵引仿真的功率负载特性状态正确偏置条件下，频点3.3GHz处的最佳负载阻抗Z和源阻抗Z分别为(6.35-j6.95)L_optSopt_Ω与(1.4-j13.45)Ω。通过小信号S参数仿真得到功率管在小信号条件下输入端共轭匹配阻抗-2-http://www.paper.edu.cn值为(5-j18)Ω。综合考虑功率管的小信号特性、功率输出特