基于SiC器件的高效E類功率放大器

5 仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用諧波平衡法對(duì)電路進(jìn)行仿真分析。首先要驗(yàn)證功率放大器是否工作在E類狀態(tài)，這可以從晶體管漏極電流和電壓是否正交來確定。圖4是仿真得到的漏極電壓和電流的曲線，晶體管的漏極電流和電壓的峰值不同時(shí)出現(xiàn)，符合E類功放的工作條件。兩個(gè)波形的正交性并不理想，這主要是因?yàn)檩敵鲎杩蛊ヅ渚W(wǎng)絡(luò)所帶來的偏差。

圖4功放漏極電流和漏極電壓的曲線

依據(jù)仿真電路圖，采用介電常數(shù)為2.65高頻板材的制作實(shí)際電路版圖，如圖5所示。實(shí)驗(yàn)中采用了RFHIC公司生產(chǎn)的RFC1G18H4-24芯片作為前極驅(qū)動(dòng)放大器，使待測(cè)功率放大器的輸入功率可以達(dá)到34dBm，測(cè)量中所用的衰減器的大小為32.5dBm。本文使用Maxim公司生產(chǎn)的MAX868芯片，給電路提供所需的負(fù)偏置直流電壓，經(jīng)過仿真分析和調(diào)試優(yōu)化，選擇－9V電壓作為電路的負(fù)偏置電壓。

將功放的工作頻率設(shè)為1GHz，在恒定輸入功率為2.5W的情況下，改變功放的工作電壓，研究功放的輸出功率，漏極效率和附加效率相應(yīng)的變化，得到的仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如圖6，圖7和圖8所示。仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本上是保持一致的，實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)要稍微低于仿真得出的數(shù)據(jù)，這是由于高頻板材的不理想所造成。

圖5 實(shí)際制作的E類功率放大器

從圖6可看出，功放的輸出功率隨著工作電壓的增大而增大，在35V時(shí)，仿真的輸出功率達(dá)到47W，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也達(dá)到了32.5W。圖7顯示，漏極效率的曲線基本是平穩(wěn)的，說明輸出功率受工作電壓的影響不大，仿真結(jié)果在75％左右波動(dòng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果在60％左右波動(dòng)，其中在工作電壓為15V時(shí)，可以達(dá)到最大效率68％。圖8所示的是附加效率曲線，可以看到在10V到35V范圍內(nèi)功放的附加效率呈現(xiàn)出很好的平坦性，這可以給功放的實(shí)際應(yīng)用帶來很大的便利。

圖6 輸出功率隨工作電壓的變化曲線