基于負載牽引技術的射頻功率放大器設計

　　2 負載牽引技術的應用

　　負載牽引技術可以由實際丈量系統(tǒng)[2][3]和高頻電路設計輔助軟件[4]][5]兩種方式實現(xiàn)，但 是搭建一個負載牽引丈量系統(tǒng)的本錢相當之大，而且不易實現(xiàn)，本文采用ADS 軟件對上面 所設計的功率放大器使用負載牽引(Loadpull)技術有規(guī)則的搜尋史密斯(Smith)圓圖上的 每個區(qū)域，確定最佳負載的阻抗值;然后設計輸出匹配網(wǎng)絡，將實際負載阻抗(通常為50Ω) 變換到最佳負載阻抗。負載牽引技術應用于功率放大器的設計如圖2 所示，中間的電路模塊 是在圖1 放大電路的基礎上引進了巴倫從而使得信號單端輸進單端輸出。

　　負載牽引結(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，輸出功率越大，最中心點為最大輸出功率，這是一個不斷收斂的過程。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 為步進的等高線，如圖3 所示。

　　對應于最大輸出功率的負載即為最佳負載，由圖3 可知，此次設計的功率放大器的最佳負載阻抗為(39.142+j9.092)Ω

　　接下來設計輸出匹配網(wǎng)絡使實際負載與最佳負載形成共軛匹配，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)絡做完后再做輸進匹配網(wǎng)絡，將輸進阻抗匹配到端口阻抗(50Ω)，輸進匹配網(wǎng)絡的主要目的是要提供夠高的增益，這與輸出匹配網(wǎng)絡是為了達到所要求的輸出功率 不同。S 參數(shù)中S11 表征輸進匹配情況，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1dB 壓縮點約為-9dBm，在1dB 壓縮點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計方法，首先設計放大電路，接著利用負載牽引技術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 圓圖設計輸出匹配網(wǎng)絡，然后再做輸進匹配，輸進匹配目的是提供夠高的增益，最后進行整體優(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。