一種2.65GHz高效電流模式D類功效放大器設計

　　2 CMCD PA電路設計與仿真

　　針對上述理論分析，我們采用Cree公司的GaN HEMT晶體管CGH40006P設計了一種新型高效CMCD PA。GaN HEMT晶體管因為具有高電子遷移率、高功率密度、高擊穿電壓等特性，已經(jīng)被廣泛應用在高效率、高功率射頻PA中。

　　CMCD PA 需要在輸入端和輸出端實現(xiàn)平衡和非平衡信號的轉(zhuǎn)換，因此需要選取合適的功率分配器與功率合成器，本文設計的CMCD PA選取了Anaren公司的巴倫3A625，其工作頻率為2.3~2.7GHz，滿足本設計的要求。

　　根據(jù)理論分析，CMCD PA應偏置在B類的工作狀態(tài)，通過直流仿真發(fā)現(xiàn)CGH40006P的開啟電壓約為-3.3V，考慮到晶體管的穩(wěn)定性，我們將CMCD PA晶體管的柵極電壓偏置在-3.4V，漏極電壓偏置在典型的28V。

　　CMCD PA高效率的關鍵在于輸出諧波匹配電路的設計，該PA的輸出匹配電路結(jié)構(gòu)采用了開路枝節(jié)微帶線的結(jié)構(gòu)，其電路原理圖如圖3所示。其偏置電路采用了傳統(tǒng)的λ/4(90°)微帶線結(jié)構(gòu)，其不僅能夠為晶體管提供穩(wěn)定的偏置電壓，并且在2次諧波和4次諧波時能夠?qū)崿F(xiàn)阻抗的短路，經(jīng)過后續(xù)電路的阻抗變換，實現(xiàn)了在晶體管漏極偶次諧波的開路;電路中的λ/12(30°)和λ/20(18°)開路枝節(jié)微帶線分別在3次諧波和5次諧波時實現(xiàn)了阻抗的短路，經(jīng)過后續(xù)電路的阻抗變換，實現(xiàn)了在晶體管漏極奇次諧波的短路。

　　CMCD PA電路的整體電路原理圖如3所示，輸入電路同樣采用了開路枝節(jié)微帶線的結(jié)構(gòu)，偏置電路采用了傳統(tǒng)的λ/4微帶線，匹配電路采用了簡單的L枝節(jié)匹配，同時輸入電路采用了RC并聯(lián)網(wǎng)絡和并聯(lián)到地的大電阻來提高電路的穩(wěn)定性。

　　該PA的電磁仿真結(jié)果如圖4和圖5所示，圖4為晶體管漏極電壓電流波形和頻譜，從頻譜中可以看出該PA實現(xiàn)了晶體管漏極偶次諧波的開路和奇次諧波的短路，漏極電流近似為方波，漏極電壓近似為半正弦波;圖5為CMCD PA的效率和輸出功率曲線，在28dBm輸入時，輸出功率為40.3dBm，PAE為73%。

　　3 總結(jié)

　　本文分析了CMCD PA的基本原理和設計方法，提出了一種新型的高效CMCD PA結(jié)構(gòu)，并采用GaN HEMT晶體管設計了一個工作在2.65GHz的高效CMCD PA，其在EM聯(lián)合仿真中具有12.3dB的功率增益、40.3dBm的輸出功率和73%的PAE。