不同层面的缺陷地应用于功放的设计

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1、本文由深圳易商仪器有限公司http://www.essun.net/为您提供!不同层面的缺陷地应用于功率放大器的设计李贺，孙玲玲，文进才（杭州电子科技大学射频电路与系统教育部重点实验室，杭州310018）摘要：本文论述了位于不用层面的缺陷地结构（DGS）应用于功率放大器的设计。一种是在微带线的两侧接地面刻蚀DGS，另一种是在微带线的背面接地刻蚀DGS，通过ADSmomentum仿真确定DGS的尺寸，并将这两种DGS应用到功放中进行仿真和实际制板测试。实测结果显示DGS刻蚀在微带线两侧接地面的功放在输出功率和效率方面比不刻蚀和刻蚀在背面的功放都能提高零点几，而谐波抑制性最好的

2、是DGS刻蚀在背面的功放，谐波抑制达20-30dB。关键词：缺陷地；DGS；功放；微带线；输出功率；谐波Ⅰ、引言：1999年，韩国学者J.I.Park等人在研究光子带隙（PBG，photonicbandgap）结构的基础上提出了缺陷地结构（DGS，defectedgroundstructure），通过在接地板上刻蚀缺陷的图[1]形。这种图形会扰乱接地板上屏蔽电流的分布，从而能够改变传输线的特性，如有效电感和电容，使得由DGS构成的微带线具有慢波特性和带阻特性。DGS结构可以仅由一个缺陷单元构成，它的带隙中心频率仅由该缺陷单元的结构尺寸决定，易于电磁场理论分析和等效电路模型的

3、建立，只需用一个并联RLC等效电路就可表征，因此DGS可广泛应用于滤波器、功分器、放[2][3][4]大器等微波电路中，已逐渐成为微波、毫米波电路设计领域的一个研究热点。输出功率和效率是功放设计的主要考虑的两个指标，这两者与偏置条件、匹配网络等紧密相关。其中改善输出功率和效率的一个方法就是有效的抑制谐波，抑制谐波的一种实现方式就是在功放输出端的微带线上刻蚀DGS结构。本文采用一种倒“山”型结构的DGS，分别刻蚀在功放输出端50Ω微带线不同层面的接地端，一种是在微带线两侧的接地面刻蚀，另一种是在微带线的接地背面刻蚀，通过对一段50Ω微带线刻蚀DGS结构，谐振频率为3.92GH

4、z，确定DGS的尺寸，并将其应用到功放的输出端，仿真结果显示刻蚀有DGS结构的功放比不刻蚀DGS结构的输出功率和效率都有所改善，而实测结果显示DGS刻蚀在微带线两侧的功放的输出功率和效率最好，而DGS刻蚀在背面的功放二次谐波输出最小，抑制性最好。Ⅱ、DGS设计和特性分析[5]倒“山”型结构的DGS是由Hyung-MiKim和BomsonLee提出的，在文献中提到该结构是刻蚀在微带线两侧的接地，并与传统的哑铃状的DGS进行了对比，倒“山”型的DGS的带隙中心频率的带宽比较宽。利用ADSmomentum对一段刻蚀有DGS结构的50Ω微带线进行仿真，如图1所示：图1（a）DGS位

5、于微带线两侧，命名为DGS_a，右边为实物图图1（b）DGS位于微带线的背面，命名为DGS_b，右边为实物图图1的（a）中w=2.2mm，s=0.8mm，b=4.9mm，c=1.2mm，d1=1.3mm，d2=1mm，变量是a、g、d3，通过仿真数据得出这三个变量与带隙中心频率f0的关系为：a↓→f0↓；g↓→f0↓；d3↑→f0↓。根据以上三个变量与中心频率的关系，将f0调到3.92GHz，确定三个变量的值分别为5.8mm、1.2mm和0.9mm。图1的（b）中w=2.2mm，s=0.8mm，b=4.4mm，c=0.7mm，d1=1.3mm，d2=1.4mm，变量是a、g

6、、d3，通过仿真数据得出这三个变量与带隙中心频率f0的关系为：a↓→f0↓；g↓→f0↓；d3↑→f0↓。根据以上三个变量与中心频率的关系，将f0调到3.92GHz，确定三个变量的值分别为6.2mm、0.8mm和1.3mm。根据以上仿真结果制板，所用板材是F4B（聚四氟乙烯），板厚0.8mm，介电常数2.55，铜皮厚0.035mm，并用矢量网络分析仪AgilentE5071C进行S参数测试，并与仿真结果对比，如图2所示：图2（a）withoutDGS实测与仿真对比图2（b）DGS_a实测与仿真对比图2（c）DGS_b实测与仿真对比S21(dB)@1.96GHzS21(dB)

7、@3.92GHzsimulationmeasurementsimulationmeasurementwithoutDGS-0.028-0.052-0.044-0.194DGS_a-0.029-0.081-10.662-7.977DGS_b-0.854-0.158-32.106-22.78表1不刻蚀DGS和刻蚀DGS微带线仿真与测试S参数对比从以上结果来看，实测与仿真结果在f0=3.92GHz附近比较吻合，实测的带宽要比仿真的要宽些。[6]文献中提到，DGS结构的等效电路可以由并联的RLC电路表征，如图3所示。其中等