模拟技术中的宽带功率放大器的设计

摘要：介绍一个两级2 W的宽带功率放大器设计，频率范围从700 MHz～1．1 GHz。前级放大器采用MMICPower Amplifier HMC481MP86，末级采用飞思卡尔公司的LDMOS场效应晶体管MW6S004N。飞思卡尔公司提供的datasheet中没有包含在设计所要求的频段和功率输出值时相应的输入和输出阻抗值。为了正确匹配，采用ADS的负载牵引法得到LD-MOS场效应晶体管MW6S004N的输入和输出阻抗值，然后使用有耗匹配式放大器的拓扑结构进行实际设计，并使用ADS对设计的放大器进行仿真和优化。 　　0 引 言 　　宽带功率放大器的应用开始从军用向民用扩展，目前在无线通信 在模拟技术中，宽带功率放大器的设计是一项关键的技术挑战，特别是在现代无线通信系统中，如移动电话、卫星通信、GPS和DBS等。本文重点介绍了如何设计一个两级2 W的宽带功率放大器，其工作频率范围从700 MHz到1.1 GHz。 设计过程中，前级放大器采用了MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) Power Amplifier HMC481MP86，这是一种微波集成电路，提供高频率和高效能的信号放大。而后级则选用了飞思卡尔公司的LDMOS (Laterally Diffused Metal-Oxide-Semiconductor) 场效应晶体管MW6S004N。然而，飞思卡尔的datasheet并未给出在设计所需频率和功率输出时的输入和输出阻抗数据，因此，设计者利用Advanced Design System (ADS) 的负载牵引技术来获取MW6S004N的输入和输出阻抗，以实现正确的阻抗匹配。 负载牵引法是一种常见的微波电路设计工具，通过改变负载条件来寻找最佳的工作点，确保晶体管在不同频率下都能有效地工作。在获取了LDMOS的阻抗参数后，设计者采用了有耗匹配式放大器的拓扑结构进行实际设计，这种结构能够通过消耗部分能量来优化增益和带宽。接着，使用ADS软件进行仿真和优化，以确保放大器在指定频段内的性能。 在宽带功率放大器的设计中，增益平坦度和驻波比是重要的考量因素。增益平坦度指的是在整个工作频带内，放大器增益的差异，理想的放大器应该在全频带内保持相对恒定的增益，以减少信号失真。驻波比则是衡量信号在放大器内部反射的程度，一个低的驻波比表示较少的能量被反射回信号源，有助于提高效率和稳定性。对于LDMOS器件，其优势在于高线性度、大线性增益、高效率和低交叉调制失真，特别适合于射频和微波应用。 此外，有耗匹配式放大器通过在电路中引入一定的损耗来改善增益、辐射系数和带宽之间的平衡，同时还能提升放大器的稳定性。在高频情况下，晶体管输入端并联阻性元件能够帮助改善宽带匹配，减少增益波动和输入反射系数。 设计宽带功率放大器需要综合考虑多种因素，包括选择合适的元器件、精确计算阻抗匹配、优化拓扑结构以及仿真验证。在实际应用中，必须针对特定的需求和性能指标灵活运用各种技术和方法，以实现高性能、宽频带的功率放大器设计。