基于負(fù)載牽引技術(shù)的射頻功率放大器設(shè)計(jì)

　　2 負(fù)載牽引技術(shù)的應(yīng)用

　　負(fù)載牽引技術(shù)可以由實(shí)際丈量系統(tǒng)[2][3]和高頻電路設(shè)計(jì)輔助軟件[4]][5]兩種方式實(shí)現(xiàn)，但 是搭建一個(gè)負(fù)載牽引丈量系統(tǒng)的本錢(qián)相當(dāng)之大，而且不易實(shí)現(xiàn)，本文采用ADS 軟件對(duì)上面 所設(shè)計(jì)的功率放大器使用負(fù)載牽引(Loadpull)技術(shù)有規(guī)則的搜尋史密斯(Smith)圓圖上的 每個(gè)區(qū)域，確定最佳負(fù)載的阻抗值;然后設(shè)計(jì)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，將實(shí)際負(fù)載阻抗(通常為50Ω) 變換到最佳負(fù)載阻抗。負(fù)載牽引技術(shù)應(yīng)用于功率放大器的設(shè)計(jì)如圖2 所示，中間的電路模塊 是在圖1 放大電路的基礎(chǔ)上引進(jìn)了巴倫從而使得信號(hào)單端輸進(jìn)單端輸出。

　　負(fù)載牽引結(jié)果如圖3 所示，同一條等高線代表的是相同的輸出功率，越趨向于中心點(diǎn)，輸出功率越大，最中心點(diǎn)為最大輸出功率，這是一個(gè)不斷收斂的過(guò)程。等高線輸出功率公式如下：

　　上式中，Pdelmax 為最大輸出功率，contour[6]是軟件中自帶的等高線函數(shù)，由此公式可以得到以Pdelmax 為中心、Pdel_step 為步進(jìn)的等高線，如圖3 所示。

　　對(duì)應(yīng)于最大輸出功率的負(fù)載即為最佳負(fù)載，由圖3 可知，此次設(shè)計(jì)的功率放大器的最佳負(fù)載阻抗為(39.142+j9.092)Ω

　　接下來(lái)設(shè)計(jì)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)使實(shí)際負(fù)載與最佳負(fù)載形成共軛匹配，從而使輸出功率最大化，使用Smith 圓圖做匹配。

　　3 整體仿真

　　輸出阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)做完后再做輸進(jìn)匹配網(wǎng)絡(luò)，將輸進(jìn)阻抗匹配到端口阻抗(50Ω)，輸進(jìn)匹配網(wǎng)絡(luò)的主要目的是要提供夠高的增益，這與輸出匹配網(wǎng)絡(luò)是為了達(dá)到所要求的輸出功率 不同。S 參數(shù)中S11 表征輸進(jìn)匹配情況，S21 表示增益，仿真結(jié)果如圖4 所示，由此可以看 出輸進(jìn)匹配較好且增益基本符合要求。

　　最后使用增益壓縮仿真，得到輸進(jìn)1dB 壓縮點(diǎn)約為-9dBm，在1dB 壓縮點(diǎn)處的輸出功率以及功率附加效率如圖5 所示，這種結(jié)果滿足指標(biāo)要求。

　　4 總結(jié)

　　本文描述了5.2-GHz WLAN 的射頻功率放大器的設(shè)計(jì)方法，首先設(shè)計(jì)放大電路，接著利用負(fù)載牽引技術(shù)找到能使輸出功率最大化的最佳輸出阻抗，以此為依據(jù)利用ADS 軟件中的Smith 圓圖設(shè)計(jì)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，然后再做輸進(jìn)匹配，輸進(jìn)匹配目的是提供夠高的增益，最后進(jìn)行整體優(yōu)化、仿真，得到增益、輸出功率以及功率附加效率(PAE)等性能參數(shù)，能夠滿足系統(tǒng)要求。