基于ADS的MESFET功率放大器设计

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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.com·44·遥测遥控2004年5月基于ADS的MESFET功率放大器设计蔡钟斌周邦华(中国工程物理研究院电子工程研究所绵阳621900)文摘提出一种在无法获取器件大信号模型条件下

2、采用小信号法设计功率放大器的方法。在此基础上，借助AgilentADS软件采用小信号设计、提取器件的封装寄生参数、优化结合的方法设计了一个MESFET功率放大器。主题词功率放大器小信号MESFETADS前言在工程实际中，许多器件厂商并不提供大信号器件模型，通常只提供器件的小信号参数和静态1V曲线。功率放大器本质上是大信号器件，因为它们工作在功率饱和点附近，处于非线性区。然而，在大多数情况下，设计者进行有源器件仿真时，只有测量的小信号5参数。在采用小信号法之前，从器件的静态IV曲线决定大信号的负载阻抗(R)，它是器件漏极端对输出匹配电路所呈现的阻抗。通过这

3、种方法，设计者可以优化输出电路，获得最大的射频功率输出，同时，也可以优化输入电路，获得最好的输入匹配和最大的增益。一般，为获得最大输出功率而采用失配的方法，故输出匹配性能较差。输出电路是匹配到R而不是器件的5：：。小信号设计技术有其局限性，虽然输出电路可以保证最大饱和功率输出，但不能保证最大的线性功率，这意味着不能直接计算输出功率ldB压缩点，也不能直接获得放大器的双音交调特性(如IMR3、IMR5、IP3、IP5)。为了估算这些重要的参数，设计者需要依靠测量或者经验公式。MESFET放大器设计中两个重要的经验公式是]Pl【I】j≈P一ldBPIP≈⋯+

4、10dB1小信号法设计步骤小信号法设计流程图示于图1。l『根据嚣器荐件选择H’}根絮择匹配拓扑选Hi’I篷选撂择器偏誊置銎电嚣路H『’优化S』j图1中，优化输出电路匹配到R这个条件可以获得最大功率输出。0il必要稳的定话性增加f—]}优配化到输负出载匹fJ—]f从封装参寄数仔中参提数取】}—]}得根据到I负V特载性线l『使用器件的小信号5参数仿真优化增益和输入匹配电路、利用器件的IV曲线确定RR是为了获得最大图1小信号法设计流程图功率输出的器件内部漏极终端。要获得最大射频功率的输出阻抗可以通过测量来确定，也可以通过器件静态IV特性来确定。仅根据输出功率要

5、求和漏一源电压也能够直接计算R负载牵引特性表明除了纯实部负载阻抗R外，当考虑反射时，有必要并联一个(、。优化输出电路的目的是为了获得最大功率。因此有必要确定封装器件的寄生元件，因为这些元件是整个输出匹配网络的一部分。获取封装参数一般有以下四种方法：元器件厂商提供；直接测量；EM封装定模；从器件的5参数中提取。在以上方法中，直接测量是比较困难的，而EM封装定模要求进行全波EM仿真。从器件的小信号5参数提取则是一个直接的、容易实现的方法，它可以借助cAD技术进行优化仿真。收稿日期：2003—09—22收修改稿日期：2003—1124第25卷第3期基于ADS的

6、MESFET功率放大器设计·45·2采用ADS进行功率放大器设计的实例作为一个实例，下面用小信号法结合ADS工具设计一个1．8GHz甲类MESFET功率放大器。其步骤如下：①根据要求选择富士通的FII351ME管子，该管子在增益达1ldB时能够提供+35dBm的输出功率。②根据FII351ME的IV特性曲线可得下列各参数。zb一10Vz，一1．8I小一1．2一一11．40③MESFET输出电路模型在优化输出电路到R。时，把器件其他端口的输出电路元件器件输出电路：S含S封F装参数●匝弛作为输出匹配网络的一部分。器件的和所有漏、源极的封装元件必须包括在输出匹

7、配电路中。封装寄生元件通过器件的小信号出匹配参数提取。当然，对于管芯(或者hybrid、MMIC)这些封装参数“参可以忽略。MESFET输出电路模型图示于图2。图2MESF出电路模型①电路仿真首先在ADSsenti建原理图仿真，在后数据处理时计算小信号增益、输入、输出匹配、隔离度、稳定系数等；其次通过优化改善性能。仿真框图和初始仿真结果分别示于图3和图4。(72Tetml董lII；]uL2Ll丰IC3由I●图：{AI)S环境中的仿真原理图201．3lOl·2

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