基于ADS的功率放大器的设计与仿真

基于ADS的功率放大器的设计与仿真摘要：随着无线通信技术的发展，无线通信设备的设计要求也越来越高，功率放大器作为发射机最重要的部分之一，它的性能好坏直接影响着整个通信系统的性能优劣，因此，无线系统需要设计性能良好的放大器。此处通过ADS软件对其稳定性、输入/输出匹配、输出功率进行仿真，并给出设计步骤关键词：ADS仿真功率放大器一功率放大器的相关设计理论对于任何功率放大器，它必须在工作频段内是稳定的，同时它应该具有最大的输出功率和最佳的输出效率，因为输出功率决定了通信距离的长短，其效率决定了电池的消耗程度及使用时间。在功放的匹配网络设计中，需要选择合适的源阻抗和负载阻抗，而他们的选择和功率放大器的稳定性、输出功率、效率以及增益息息相关。（1）1dB功率压缩点(P1dB)当晶体管的输入功率达到饱和状态时，其增益开始下降，或者称为压缩。1dB压缩点为放大器线性增益和实际的非线性增益之差为1dB的点，换句话说，它是放大器增益有1dB压缩的输出功率点。（2）稳定准则稳定性是指放大器抑制环境的变化(如信号频率、稳定、源和负载等变化时)，维持正常工作特性的能力，一个微波管的绝对稳定条件是：在选定的晶体管的工作条件下若满足K1，则此时放大器处在绝对稳定状态，若不满足此条件，则需进行稳定性匹配电路的设计。（3）功率增益放大器的功率增益(PowerGain)有几种不同的定义方式，在这里只介绍工作功率增益，这是设计时较为关心的量，它定义为负载吸收的功率与放大器的输入功率之比。（4）功率附加效率(PAE)功率附加效率是指射频输出功率和输入功率的差值与供给放大器的直流功率的比值，它既反映了直流功率转化为射频功率的能力，又反映了放大射频功率的能力。二设计步骤（1）通过直流扫描得到静态工作点直流扫描原理图：仿真结果：数据手册给出的静态工作点：(2)稳定性分析电路原理图：仿真结果：由上图看出，在945MHz时，StabFact1=0.621，即稳定因子K1，所以该功率放大器是不稳定的。(3)进行改进措施后的电路稳定性分析电路原理图：仿真结果：由图可得知，在945MHz时，StabFact1=1.080，稳定因子K1。此时功率放大器稳定。（4）加入偏置电路后的稳定性分析加入偏置电路的电路原理图：仿真结果：由图可以得知，该功率放大器的稳定性已经比较高了。接下来进行负载牵引。（5）负载牵引设计1)负载牵引设计原理图负载牵引原理图2)仿真结果从图中可得知，所需要的最大功率点和最佳效率点都不在计算范围内。因为功率圆和效率圆的圆心均未显示出来，所以必须改变计算的范围。3）修改原理图，改变VAR计算范围。确定LOAD-Pull圆4)确定输出负载阻抗负载阻抗仿真结果从图中可以看出，在最大效率时的输出阻抗为1.716+j*2.101，在最大功率时的输出阻抗为1.793+j*2.178。可以看出这两个值很接近，为了得到最大输出功率，选择1.793+j*2.178作为MRF9045N在945MHz时的输出阻抗。(6)输出阻抗匹配1）匹配电路的创建匹配电路原理图：2）进行负载牵引自动进行负载牵引后的斯密斯圆图:3）S参数分析4)生成匹配电路生成的匹配网络原理图：输出阻抗匹配完成。(7)信号源阻抗匹配1)匹配原理图信号源阻抗匹配原理图:信号源阻抗匹配原理图2)进行负载牵引信号源负载牵引原理图：4）S参数分析三结论本实验通过负载牵引和源牵引相结合的方法设计功率放大器，可以快速设计既满足输出功率又满足附加效率要求的方法，因此可以简化设计流程，极大地方便和加快产品的开发。在设计过程中通过对电路的改进和加入偏置电路从而使得功率放大器的稳定性得到大大的增强。