如何使用微波電路仿真軟件ADS設(shè)計(jì)S頻段功率放大器的詳細(xì)方法說(shuō)明

　　介紹了應(yīng)用微波電路仿真軟件 ADS 設(shè)計(jì)S 頻段功率放大器的方法。該設(shè)計(jì)采用直流分析仿真確定功率管的靜態(tài)偏置；對(duì)功率管進(jìn)行負(fù)載牽引和源牽引仿真得到所需輸出功率下的最佳負(fù)載阻抗和源阻抗，并綜合設(shè)計(jì)出輸入、輸出匹配電路；最后采用諧波平衡法對(duì)整體電路進(jìn)行仿真優(yōu)化，使得增益、駐波、輸出功率、諧波等性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　微波功率放大器在通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗、遙測(cè)遙感等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。微波固態(tài)功率放大器具有體積小、工作電壓低、穩(wěn)定性高、良好的可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)備受青睞。本文介紹了一種基于EDA 技術(shù)分析設(shè)計(jì)S 波段微波固態(tài)功率放大器的方法，通過(guò)對(duì)功率晶體管的大信號(hào)模型進(jìn)行直流分析仿真確定放大器的正確偏置；采用ADS 仿真軟件中的負(fù)載牽引和源牽引模塊仿真得到放大器所需輸出功率的最佳負(fù)載阻抗 L_opt Z 和源阻抗S _opt Z ，并結(jié)合小信號(hào)S 參數(shù)特性設(shè)計(jì)出輸入、輸出匹配電路；最后對(duì)整體電路采用小信號(hào)法、大信號(hào)法仿真優(yōu)化，使得放大器在通帶內(nèi)的增益、駐波系數(shù)、輸出功率、諧波等性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

　　功率放大器設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)如下：工作頻率范圍（3.2GHz~3.4GHz）;飽和輸出功率（40dBm）;輸入、輸出駐波比（ ≤ 2:1）；工作電壓（12V）。

　　首先參考放大器的功率、耐壓和工作頻率及帶寬選取適當(dāng)?shù)墓β使?，該設(shè)計(jì)選取的GaAs功率管在S 波段1dB 壓縮點(diǎn)輸出功率（ 1dB P ）典型值為10W，工作電壓12V。

　　該功率器件的輸入、輸出端均未匹配，因此應(yīng)精心設(shè)計(jì)滿足匹配、帶寬、駐波特性、輸出功率等性能指標(biāo)的輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。圖1 所示為該功率放大器的原理框圖，輸入匹配電路對(duì)放大器輸入端實(shí)數(shù)部分較小的復(fù)阻抗進(jìn)行匹配，把放大器輸入端的復(fù)阻抗變換為信號(hào)源阻抗的共軛值，實(shí)現(xiàn)輸入共軛匹配，獲得最大功率增益。輸出匹配網(wǎng)絡(luò)用來(lái)完成放大器輸出端口與端接負(fù)載間的匹配，為了得到最大輸出功率，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)把負(fù)載阻抗轉(zhuǎn)換為最佳負(fù)載阻抗L _opt 。由于功率放大器具有強(qiáng)的非線性特性，功率放大器的功率匹配和增益匹配有較大的差別，為實(shí)現(xiàn)增益平坦、電路穩(wěn)定及輸出功率等技術(shù)指標(biāo)，功率放大器的輸入、輸出端會(huì)出現(xiàn)一定程度的失配。設(shè)計(jì)過(guò)程中最佳負(fù)載阻抗 L _opt和源阻抗S _opt可由負(fù)載牽引法P測(cè)量、仿真得到。