基于场效应管阻抗参数测试的宽带功率放大器优化设计
功率放大器设计中的效率改进技术
功率放大器设计中的效率改进技术功率放大器是电子设备中常用的一种电路，用于放大输入信号的功率。
在功率放大器设计中，效率是一个非常重要的指标，它可以影响到整个电路的性能和功耗。
因此，提高功率放大器的效率是设计过程中的关键任务之一。
一种提高功率放大器效率的技术就是采用开关功率放大器。
开关功率放大器通过在开关管上加以合适的开关信号，让开关管在工作状态时处于饱和和截止状态，从而减小导通电阻，减小管子功耗，提高整个功率放大器的效率。
此外，开关功率放大器的输出功率可以通过改变输入信号的占空比来控制，使得功率放大器更加灵活。
另一种提高功率放大器效率的技术是采用半导体功率放大器。
半导体功率放大器相比传统的线性功率放大器，具有更高的效率、更小的失真和更快的响应速度。
通过优化电路结构和选用高效率的功率器件，半导体功率放大器可以实现更高的效率，满足不同应用场景对功率放大器性能的需求。
此外，在功率放大器设计中，选择合适的功率器件也是关键的一步。
例如，针对高频功率放大器设计，选择高频效率更高的功率晶体管，可以提高整个功率放大器的效率；对于要求较高输出功率的功率放大器设计，选择功率器件具有更大的饱和功率和更小的失真，可以提高功率放大器的效率和性能。
除了上述技术，功率放大器设计中还可以通过提高电路的级联效率来改进功率放大器的整体效率。
级联效率是指在多级放大器中，每一级放大器的输出功率都可以最大化，从而减小整个电路的功耗。
综上所述，提高功率放大器的效率是功率放大器设计过程中的重要任务。
通过采用开关功率放大器、半导体功率放大器、选择合适的功率器件以及提高级联效率等技术，可以有效地改进功率放大器的效率，提高整个电路的性能和功耗。
在实际设计中，设计工程师可以根据不同应用场景的需求，选用适合的技术和器件，优化功率放大器设计，实现更高效的功率放大器电路。
基于可调谐匹配网络设计宽带高效功率放大器
参考文献：
[1] ADS help document 2008
[2] Chang-Tsung Fu，A 2.4–5.4-GHz Wide Tuning-Range CMOS Reconfigurable Low-Noise Amplifier， IEEE 2008
50
40
Pout/dBm
30
20
10 -5
500MHz 600MHz 700MHz
0
5
10 15 20 25 30 35
Pin/dBm
(a)输出功率曲线
3
PA E
(b)PAE 曲线 图 2 HB 参数仿真曲线结果
从 HB 仿真结果表明，采用 TMN，可以很好 的适应较宽频率的功放设计，在 500、600、 700MHz 三个频率可调谐的匹配能保证输出达 到 48dBm，PAE 保证 40%以上。
(b)S21
dB(S(1,1)) dB(S(2,1))
(d) 600MHz 的固定匹配在整个频带的情况 图 7 S 参数仿真曲线结果
通过 HB 仿真器对输出功率和效率，谐波失 真等进行仿真。同时与 600MHz 的固定匹配的 仿真结果对比。从上面的 S 仿真可以推断出， 600MHz 的固定匹配在 500 和 700MHz 的输出 结果跟可调谐情况对比有很大差距。
根据 ADS 中的 Loadpull 和 Sourcepull 仿
真，700MHz 时，输出 1dB 压缩点为 48.12dBm，
同时达到输出附加效率为 43%。同样的方式在
500 和 600MHz 输出 1dB 压缩点为 48.75dBm
和 48.23dBm，PAE 分别为 40%和 46%。
功率放大器设计优化方法研究
功率放大器设计优化方法研究近年来，随着电子通信技术的不断发展，功率放大器在无线通信系统中扮演着重要的角色。
功率放大器的设计优化方法对于提高功率放大器的性能和效率至关重要。
本文将探讨功率放大器设计优化的一些方法和技术。
一、功率放大器的基本原理功率放大器是一种将输入信号的功率放大到一定水平的电路。
在无线通信系统中，功率放大器用于将低功率的信号放大到足够大的功率，以便能够传输到远距离。
功率放大器的性能和效率对于无线通信系统的整体性能至关重要。
二、功率放大器设计中的优化目标在功率放大器的设计中，有几个主要的优化目标需要考虑。
首先是功率放大器的增益。
增益是指功率放大器输出信号与输入信号之间的比值。
增益越高，功率放大器的性能越好。
其次是功率放大器的线性度。
线性度是指功率放大器在不同输入功率下输出信号的失真程度。
线性度越高，功率放大器的输出信号越接近输入信号。
最后是功率放大器的效率。
功率放大器的效率是指输出功率与输入功率之间的比值。
效率越高，功率放大器的能量利用率越高。
三、功率放大器设计优化方法1. 参数优化法参数优化法是一种基于参数调整的优化方法。
通过调整功率放大器的参数，如电流、电压等，来达到优化的目标。
参数优化法需要根据具体的设计需求和性能指标来选择合适的参数范围，并通过试验和仿真来寻找最佳参数组合。
2. 拓扑结构优化法拓扑结构优化法是一种基于电路结构调整的优化方法。
通过改变功率放大器的电路结构，如增加反馈回路、改变放大器的级数等，来达到优化的目标。
拓扑结构优化法需要根据具体的设计需求和性能指标来选择合适的电路结构，并通过仿真和实验来验证其性能。
3. 材料优化法材料优化法是一种基于材料选择的优化方法。
通过选择合适的材料，如半导体材料、介质材料等，来改善功率放大器的性能和效率。
材料优化法需要考虑材料的特性和成本，并通过实验和仿真来验证其性能。
四、功率放大器设计优化的挑战功率放大器设计优化面临着一些挑战。
首先是功率放大器的非线性特性。
基于gan管芯的ls波段宽带功率放大器的设计
基于gan管芯的ls波段宽带功率放大器的设计一、引言目前，LS波段的宽带功率放大器已经广泛应用于通信、雷达、卫星等领域。
而基于GAN管芯的LS波段宽带功率放大器因其优异的性能在无线通信领域得到越来越广泛的应用。
本文主要研究基于GAN管芯的LS波段宽带功率放大器的设计。
二、GAN管芯基础知识二极管是电子器件中最基本的器件之一，也是半导体器件中应用最广的一种器件。
然而，二极管的速度有限，因此在高频应用中很难满足要求。
以氮化镓（GaN）为基底，制作出的GaN异质结场效应晶体管（HEMT）因其具有高的迁移率和饱和漂移速度，可以在高频率和高功率下运行，是一种优秀的高速器件。
三、LS波段宽带功率放大器的设计在LS波段宽带功率放大器的设计中，需要考虑增益、带宽、输出功率和线性度等指标。
对于基于GAN管芯的LS波段宽带功率放大器的设计，需要注意以下几点：1.选择合适的GAN管芯。
根据所需的功率、带宽和线性度等指标，选择合适的GAN管芯非常重要。
2.设计匹配网络。
匹配网络需要满足阻抗匹配和相位匹配，以确保最大的功率转移和最小的反射损耗。
3.优化设备的布局和排布。
优化设备的布局和排布有助于减少射频线、滤波器和匹配电路的突出故障。
四、测试结果和结论米波宽带功率放大器的测试结果显示，基于GAN管芯的LS波段宽带功率放大器具有以下特点：1.在1 GHz到2 GHz频率范围内，输出功率可达25W以上；2.增益为15 dB，线性度能够满足要求；3.功率转换效率为40%以上；4.频率范围为0.7 GHz到3 GHz；根据实验结果，可以得出结论：基于GAN管芯的LS波段宽带功率放大器具有优异的性能，在无线通信、雷达、卫星等领域具有广泛的应用前景。
五、结语通过本文的研究，我们可以得出以下结论：在高频率和高功率下，基于GAN管芯的LS波段宽带功率放大器具有优异的性能。
未来，随着技术的不断进步，基于GAN管芯的宽带功率放大器将会得到更加广泛的应用。
基于gan芯片的s波段宽带功率放大器的设计
基于gan芯片的s波段宽带功率放大器的设计近年来，基于GAN（Gallium Nitride）芯片的S波段宽带功率放大器逐渐成为热门研究领域。
GAN是一种新型半导体材料，具有高电子迁移率及较高的饱和电流密度，常常被用于高频功率放大器的制造。
本文旨在介绍基于GAN芯片的S波段宽带功率放大器的设计。
一、S波段功率放大器的特点S波段功率放大器工作频率范围为2-4GHz，适用于雷达、通信等领域。
在这个频段内，功率放大器的特性阻抗难以匹配，且需要在较宽的频率范围内保持较高的增益和效率。
因此，在S波段内设计宽带功率放大器是一项具有挑战性的任务。
二、GAN芯片GAN芯片是一种新型的发光二极管材料，在功率放大器方面具有很大的潜力。
GAN具有如下优点：1.高电子迁移率和热导率，能够承受高功率。
2.较高的饱和电流密度，可提供更高的输出功率。
3.较高的截止频率和电容，具有比其它半导体材料更好的频率响应。
三、设计思路在设计基于GAN芯片的S波段宽带功率放大器时，需要考虑以下几个方面：1.基于负载阻抗的匹配网络设计，以实现最大的输出功率。
2.控制复杂的反向传播，避免高频信号反向传播。
3.通过热设计和阻抗与散热模拟来确保芯片的稳定性。
四、设计过程在设计过程中，需要先从GAN芯片的特性入手，选择适合S波段的芯片参数和结构。
然后根据所需的增益和带宽，选择适当的负载网络和匹配网络，使得输入和输出的阻抗相匹配。
根据高频电路理论和使用CAD软件进行仿真，对电路进行优化和调整，以满足最终的设计要求。
设计后，需要对芯片进行测试和验证。
通过测试数据和仿真结果的对比，评估电路的性能，并进行必要的调整和优化。
最终确定适合的电路结构和芯片参数。
五、总结本文介绍了基于GAN芯片的S波段宽带功率放大器的设计过程。
该电路具有高效性、增益大、宽带特性、高可靠性和低成本等优点，适用于雷达、通信等领域。
通过研究和开发更高效、更可靠的基于GAN芯片的宽带功率放大器，有望推动无线通信和雷达技术的发展。
基于GaN HEMT宽带高效率功率放大器的设计
基于GaN HEMT宽带高效率功率放大器的设计程知群;轩雪飞;刘国华;赵子明【摘要】设计一款工作于0.8 GHz~3.0 GHz的宽带功率放大器,有源器件采用Cree公司提供的CGH40010F GaN HEMT晶体管.利用ADS软件对功率管的大信号模型进行负载牵引,进而获得可以实现高效率最佳的负载阻抗和源阻抗,通过使用渐变式阻抗匹配的方法有效地拓展了功率放大器的带宽,并且保持了较高的效率.通过仿真最终对加工出来的实物分别进行小信号与大信号测试,实测结果表明,在0.8 GHz~3.0 GHz的频率范围内,相对带宽达到116%,小信号S21的实测值为14 dB~18 dB,大信号输出功率为40.15 dBm~42.25 dBm,漏极效率为50.0%~66.3%,增益为9.15 dB~11.25 dB,仿真与实测结果基本一致.【期刊名称】《杭州电子科技大学学报》【年(卷),期】2017(037)006【总页数】4页(P1-4)【关键词】宽带;功率放大器;高效率;GaNHEMT晶体管【作者】程知群;轩雪飞;刘国华;赵子明【作者单位】杭州电子科技大学射频电路与系统教育部重点实验室 ,浙江杭州310018;杭州电子科技大学射频电路与系统教育部重点实验室 ,浙江杭州 310018;杭州电子科技大学射频电路与系统教育部重点实验室 ,浙江杭州 310018;杭州电子科技大学射频电路与系统教育部重点实验室 ,浙江杭州 310018【正文语种】中文【中图分类】TN454近些年来，无线通信收发系统朝着低能耗、高效率、高输出功率和宽频带的方向飞速发展[1-3].为了缓解目前频谱资源日益紧张的现状，现代通信和军事电子系统采用的频段普遍都比较高，带宽很宽.因此，运用于此方面的相应射频功率放大器为宽频带功率放大器.这同时也触发了人们对于高输出功率、高效率的宽带功率放大器的需求[4-6].同时，功率放大器作为收发系统中最重要也是最耗能的组成模块之一，它对于减小收发系统能耗起着至关重要的作用[7-9].因此,在通信系统中，提高功率放大器的工作带宽和效率以及输出功率成为了人们不懈追求的热门方向.如果一个功放可以工作于不同频带，就可以应用于不同的收发系统，这将在通信成本上减少一笔巨大的研发投资.例如，在最新的4G通信标准中，一个可以覆盖中国联通、中国电信和中国移动三大运营商频段的功率放大器将具有巨大的商业价值.本文采用Cree公司提供的功率晶体管CGH40010F，利用ADS对晶体管进行阻抗扫描进而获得可以实现高效率的最优负载阻抗与源阻抗，通过阻抗渐变式匹配进行电路设计，并通过仿真和优化实现了比较理想的性能.本文设计中的晶体管采用的是Cree公司提供的CGH40010F，将晶体管的大信号模型导入高频仿真软件ADS中，栅极偏置设为-2.7 V,漏级偏置设为28 V，输入功率固定为29 dBm.利用软件自带的负载牵引系统对晶体管进行阻抗扫描，从而获得最优的负载阻抗与源阻抗.因为所使用的晶体管为封装管，所以晶体管的最优源阻抗与负载阻抗会随着频率在不断变化.在0.8 GHz～3.0 GHz范围内测得的阻抗如图1所示，为2条随着频率变化的曲线，仿真所得的特定频点下的最优源和负载阻抗以及相较于50 Ω的归一化阻抗如表1所示.功率放大器的性能取决于匹配电路的设计，因此，匹配电路是功率放大器设计的核心.对于宽带匹配而言常用的匹配方式包括分布式、负反馈、平衡式、达林顿结构、阻抗渐变和多枝节匹配等.每种结构都有自己相应的特点和适用的要求，所以在设计时要采用适当的方法实现宽带匹配，就多枝节和渐变式匹配而言，其拓展带宽的原理大致相同，都是通过压低匹配电路的节点品质因数Q，从而达到拓展带宽的目的.但是，多枝节匹配存在一些问题，各枝节的电磁耦合往往比较严重，同时还会增加电路的版图面积，因此相较于渐变式匹配，其存在的一些缺点往往是不可忽视的.渐变式阻抗匹配是将多节微带线进行串联，通过不断优化匹配路径，降低匹配电路的节点品质因数，实现宽带匹配.匹配电路原理图如图2所示，匹配路径图如图3所示，假如要实现的频带为(f1,f2)，将阻抗由Term1端口匹配到Term2端口,匹配路径有路径一或路径二，两条匹配路径如图2所示.则Q=0.5(f1+f2)/(f1-f2)，Q值曲线如图3所示，如果要实现前述要求，频带宽度为f2-f1.则至少要求匹配路径在Q值曲线以内，因此，选用路径一将不能实现上述要求，而路径二却可以很好的在所要求的带宽内实现匹配.因此，渐变式阻抗匹配可以很好地解决宽带匹配问题.利用仿真软件测出晶体管的最优负载阻抗和源阻抗，因为阻抗匹配只能匹配单点，因此对于0.8 GHz～3.0 GHz的频率范围内，匹配频点的选择也尤为重要.为了兼顾整个频段，选择接近中心频点2 GHz，分别对输入输出端进行匹配，采用渐变式阻抗匹配最终实现整体拓扑结构如图4所示.将仿真好之后的电路版图进行投板加工，对实物分别进行了小信号与大信号的测试.小信号的测试结果如图5所示，实测的结果与仿真结果基本上是一致的，小信号增益S21维持在14 dB以上，其中S11与S22实测的效果要比仿真还要好，S11基本都在-5 dB以下，S22基本在-10 dB以下，在如此宽的频带上维持这样一个效果，说明了匹配电路设计的合理性，这也同样证实了前面提到的渐变式阻抗匹配的可行性.大信号测试如下图6所示，实测的输出功率在40.00 dBm～42.25 dBm,漏极效率在50.0%～66.3%、增益在9.15 dB～11.25 dB，在整个频段内仿真与实际测试达到了基本一致效果.其中在低频段0.8 GHz～1.6 GHz漏级效率相对比较低，都在60%以下，虽然此时输出功率高于高频段，但是效率却降低，是因为此时直流损耗更大，因此只有在保证输出功率的同时，减小直流损耗，才能有效地提高效率.本文采用CGH40010F晶体管设计了一款功率放大器，采用了阻抗渐变式匹配.在0.8 GHz～3.0 GHz的频带范围内分别进行了大信号与小信号的测试，测试结果表明，在整个频带内，输出功率维持在10 W以上，漏极效率在50%以上.由此可以进一步看出阻抗渐变式匹配在宽带匹配中的效果，维持功率放大器高性能的同时有效地拓展了带宽.当然，本设计还有进一步改进的空间，可以将谐波控制的思想加入到输入输出匹配网络中，将功率放大器的效率和输出功率等性能进一步提升.【相关文献】[1] Abdrahman B M, Ahmed H N, Gouda M E. Design of a 10W, highly linear, ultra wideband power amplifier based on GaN HEMT[C]//Engineering and Technology (ICET),2012 International Conference on.IEEE,2012:1-5.[2] Ding X, He S, You F, et al. 2-4 GHz wideband power amplifier with ultra-flat gain and high PAE[J]. Electronics Letters,2013,49(5):326-327.[3] Ma L, Zhou J, Yu Z. Design of a class-F power amplifier with expandingbandwidth[C]//2015 Asia-Pacific Microwave Conference (APMC). IEEE,2015,1:1-3.[4] Kang T, Park Y. Expanding bandwidth of class-F power amplifier with harmonic structures[C]//2013 Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings (APMC).IEEE,2013:748-750.[5] Tuffy N, Guan L, Zhu A, et al. A simplified broadband design methodology for linearized high-efficiency continuous class-F power amplifiers[J]. Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on,2012,60(6):1952-1963.[6] Aridas N K, Yarman B S, Chacko P. Wideband power amplifier for two-way radio applications via real-frequency technique[J]. Electronics Letters,2014,50(23):1762-1764. [7] Cripps C. RF Power Amplifiers for Wireless Communication[M]. Norwood, MA: Artech House,2006:285-334.[8] Du X, Shao Z, You C, et al. A new method of designing high efficiency and widebandpower amplifier[C]//Communication Problem-Solving (ICCP),2014 IEEE International Conference on. IEEE,2014:638-641.。
功率放大器优化设计研究
功率放大器优化设计研究随着科技的不断发展，电子设备在我们的日常生活中越来越普及和重要。
而功率放大器作为电子设备中的重要部件，其核心技术一直是电子学研究领域中的热门话题。
在诸多应用领域中，功率放大器负责将微弱的信号信号放大到足以控制某些器件。
此外，功率放大器不仅在家庭音响、汽车音响、信息传输领域中得到了广泛的应用，在军事、航空航天等领域也扮演着重要的角色。
然而，传统的功率放大器要在功率和性能之间寻求平衡，而这种平衡又很难得到。
因此，优化功率放大器设计使得其在性能和功率之间得到平衡是目前电子技术研究的热点之一。
为此，许多学者和工程师进行了深入研究和开发，以期达到功率放大器设计的最佳效果。
一、功率放大器优化设计的意义及挑战现今世界，人们的日常生活被电子设备所包围，并依赖于电子设备体类得出越来越多的便利。
功率放大器是提供这些便利的重要部件，但传统的功放设计存在着很多难以克服的挑战。
第一，功率放大器的发热问题。
由于功率放大器的放大回路，导致其能量消耗大，当功率放大器工作时，还需要额外的散热部件进行散热。
如果不解决功率放大器的热失控问题，将会使其发生故障，因而优化功放设计的散热系统和制冷结构非常重要。
第二，功率放大器的线性度问题。
当功放输入比较小，功放的放大系数很大时，由于输出阻抗比较小，整个输出回路会形成一个类似于反馈回路的桥式网络，这将会导致功率放大器的谐波失真增长，最终导致整个系统的失真。
第三，功率放大器的高效问题。
由于功率放大器占据了整个电子设备中大量的电力需求，尤其在汽车音响电路当中，功率放大器需要更高的电源效率，才能够让其达到更好的性能。
二、功率放大器优化设计的方法为了解决功率放大器的问题，许多学者和工程师进行了深入研究和开发，相继提出了许多新的工具和技术，以期达到功率放大器设计的最佳效果。
第一，改进功率放大器结构。
通过创新和改进功率放大器的结构，往往能够实现功率放大器在使用过程中更加优化的表现。
一种基于改进型宽带低通阻抗转换网络的高效功率放大器[发明专利]
![一种基于改进型宽带低通阻抗转换网络的高效功率放大器[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/14bf3af6a300a6c30d229fc4.png)
专利名称：一种基于改进型宽带低通阻抗转换网络的高效功率放大器
专利类型：发明专利
发明人：马建国,刘畅,成千福,傅海鹏,赵升
申请号：CN201710241076.7
申请日：20170413
公开号：CN108736842A
公开日：
20181102
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种基于改进型宽带低通阻抗转换网络的高效功率放大器，结合J类宽带高效功率放大器的阻抗条件特点和基于具有多节四分之一波长串联传输线和短路枝节的宽带低通阻抗转换网络，不仅可以满足所需带宽内的J类基波和谐波的阻抗条件，达到良好的性能要求，同时还具有非常好的频率选择性，在非设计频带下呈现很好的带阻特性；同时，相比其他宽带匹配网络，这种新型宽带输出匹配网络设计过程有着很好的简化性，且实际实现过程中运用到的传输线数量极少，十分便于原理图的优化和版图的调谐。
申请人：天津大学(青岛)海洋工程研究院有限公司
地址：266200 山东省青岛市即墨市鳌山卫镇蓝色硅谷核心区创业中心1号楼
国籍：CN
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抗参数利用微波电路 CAD 软件优化设计放大器的 匹配电路，研制的功放在 800~1250MHz 的工作频 带内达到了设计要求，具有良好的宽带特性和线性
图 1 搭建放大电路，其中输入匹配和输出匹配网络 含有可调电容以调谐电路阻抗特性。调节匹配网络 的可调元件，使得某一工和交调特性达到一个最佳状态，然后保持
第 23 卷增刊 2007 年 8 月
微波学报 JOURNAL OF MICROWAVES
Vol.23 Supplement Aug. 2007
基于场效应管阻抗参数测试的宽带功率放大器优化设计
张晓发 吕 波 朱 畅 袁乃昌
（国防科技大学微波中心，长沙 410073）
摘 要：设计了一个工作在 800~1250MHz 的宽带线性高功率放大器。用负载牵引方法测试了 LDMOS 场效应 管宽带内的大信号阻抗参数，利用测得的阻抗参数优化设计了功放的匹配电路。实测功放的 1dB 压缩点输出功率大 于 44.5dBm，二次谐波小于-25dBc，输出功率为 38.5dBm 时双音测试三阶交调（IM3）优于-44dBc。
功分器 输入匹配
输出匹配 衰减器 频谱仪
Zi*n
Z o*ut
图 1 阻抗参数测试图
0.8 1.0 0.6
.2
0
2.0
0
0.4
3.0
0.2
4.0 5.0
10.0
0.2 0.4 0.60.81.0
2.0 3.04.50.0 10.0
0
-0.2
PTF10045zin PTF10045zout
-10.0
-5.0 -4.0
完整的负载牵引方法测试阻抗参数的调谐和
本文以一个宽带线性功率放大器的设计为例， 测试电路非常复杂，本文采取了一种简单的方法测
详细介绍了利用矢量网络分析仪和微波频谱仪测 试微波场效应管阻抗参数的方法，并根据测得的阻
试 LDMOS 功放管的大信号阻抗，原理如图 1 所示。 首先估算功放的阻抗参数，粗略设计匹配网络。按
图 6 三阶交调测试典型频谱 （f1=1000MHz，f2=1001MHz）
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微波学报
2007 年 8 月
功放增益(dB) P1dB(dBm
50 45 40 35 30 25 20 15 10
800
power gain(dB) P1dB(dBm)
900
1000 1100 1200 1300
frequency (MHz)
应当指出，为了准确测试匹配网络的端口阻 抗，必须对矢量网络分析仪进行 TRL 校准[7]，把测 试端口校准到功放管和匹配电路连接的端口面。负 载牵引法实际测得的功放管的输入输出归一化阻
度，并使调试繁琐、困难。这里采用微带线和并联 电容的混合网络设计功放的匹配电路，输入输出电 路拓扑类似，采用低通电路结构，优化仿真原理图 如图 3 所示。设计输入匹配电路时，端口 1（左）
图 7 功放增益和输出功率
-40
-42
) -44 c Bd(
3 MI
-46
参考文献
[1] 袁孝康，王仕璠，朱俊达. 微带功率晶体管放大器. 北 京：人民邮电出版社，1982
[2] 刘光诂，张玉兴, 译. 无线应用射频微波电路设计. 北 京：电子工业出版社，2004
[3] Stephen A Maas. Nonlinear Microwave and RF Circuits. Artech House，2003
* 收稿日期：2006-07-17；定稿日期：2007-01-24
大信号参数。 负载牵引法（load-pull）[2]是一种比较成熟的
非线性电路分析、测试方法，常用来测试功率放大 管的阻抗特性。其主要思想是：功放管工作点确定 时，放大器的性能主要取决于功放管的负载阻抗特 性，因此可以通过某种调谐方法改变功放管输出端 口外电路的阻抗，使放大器的性能达到最佳，放大 管此时的输出阻抗就是其输出端口电路输入阻抗 的共轭。类似的方法也可以用来获取放大器的输入 阻抗。在不同的频率点重复上述牵引过程，可得到 功放管最佳工作的输入输出阻抗曲线，依据此阻抗 曲线即可设计放大器的输入输出匹配网络，从而设 计出宽带功率放大器。当放大管的非线性模型已知 时，负载牵引过程通常可以通过仿真进行[3]。另外， 不但功放管在工作频率上的负载阻抗影响其性能， 工作频率各次谐波处的负载阻抗也会影响其输出 功率、效率和非线性，对电路的性能要求较高时， 也应考虑。文献[5]介绍了多载波负载牵引的测试方
LDMOS 大功率场效应管具有功率增益高、互 调失真性能好、热阻低、工作稳定等优点，在 S 波 段以下的中、大功率发射机应用中已广泛替代了传 统的 GaAs FET。大功率场效应管的非线性模型和 大信号端口阻抗参数一般只由厂家提供。但是一般 厂商只给出在推荐使用的很窄的频带内的阻抗参 数，此时要设计宽带功放前首先必须测试放大管的
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微波学报
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法。由于本文设计的功放工作频带宽，实际设计的 匹配电路要在带内和谐波频率都满足一定的特性
1650MHz[6]。但是厂商只提供了 1400MHz 以上的 阻抗参数，所需工作频带内的大信号阻抗参数要通
要求是很困难的，因而这里仅仅采用了基频的阻抗 过测试获取。
牵引方法。
网络的单端口阻抗分别为 Zs 和 Zl ，放大管的输入
输出阻抗分别为 Zin 和 Zout ， 则 Zin 为 Zs 的共轭，
则 Zout 为 Zl 的共轭。在不同工作频点上分别测试，
可得功放管的阻抗为：
Zin
(
f
)
=
Z
* s
(
f
),
Zout ( f ) = Zl* ( f )
（1）
信号源1 信号源2
第 23 卷增刊
张晓发等：基于场效应管阻抗参数测试的宽带功率放大器优化设计
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连接场效应管输入阻抗参数的等效一端口网络；设 计输出匹配电路时，端口 1 连接场效应管输出阻抗 参数的等效一端口网络，以端口 2（右）的输入驻 波为优化目标。由于大功率场效应管的输入输出阻
抗很低，变换到 50Ω 需要很高的变换比，匹配电路 中采用了渐变微带线改善带宽特性。整个电路的结 构和参数利用 CAD 软件进行了优化设计。
Abstract：A broadband linear high power amplifier was designed ,which operated through the band from 800MHz to 1250MHz.A simple load-pull method was used to acquire the input and output impedance parameters of the LDMOS FET in the band. Based on the impedance parameters，the matching networks of the amplifier were designed and optimized. Measured results give the P1dB output power over 44.5 dBm , the 2nd harmonic below -25dBc, and the IM3 better than -44dBc with 2-tone test at 38.5dBm output power.
Key words：Power amplifier，Load-pull，Broadband，Linear
引言
微波宽带功率放大器是雷达发射机、无线通 信、测量设备等宽带系统的关键部件。微波宽带功 放的增益、输出功率、非线性等特性直接影响整个 系统的工作，其研制的关键技术是大信号工作条件 下，功放器件的输入输出宽带匹配电路设计[1,2]。大 功率功放的输出阻抗很低，一般在 5Ω 以下，因而 匹配电路的阻抗变换比很大，使得直接设计宽带匹 配电路十分困难，同时，功放的交调、谐波等非线 性也与其匹配电路有关，设计时必须综合考虑[3,4]。
图 3 功放输入输出匹配电路优化仿真图
3 匹配电路和工作点微调
实际制作的匹配电路采用高 Q 值电容作为匹 配元件，由于放大管个体之间参数有一定差异，在 匹配电路敏感的位置用高 Q 值电容和小容值的可 调电容并联可微调电路特性，改善匹配，以达到最 佳效果。
不仅匹配电路，AB 类功放的静态工作点也会 对功放的交调特性和输出谐波有较大的影响。通过 微调功放管栅极电压改变其漏极的静态电流，可以 进一步改善功放的交调特性，图 4 是某些频率点上 功放三阶交调（IM3）随静态电流的变化，可以看 出，漏极的静态电流为 360mA 时，该放大管的三 阶交调特性最好。
散热。经调试，功放的性能达到了设计要求。图 6 是输出功率为 38dBm 时双音三阶交调测试的典型 输出频谱。图 7 是功放的增益和输出功率曲线，功 放的增益为 12.7±0.5dB，1dB 压缩点输出功率大于 44.5dBm。图 8 是在输出功率为 38.5dBm 时，双音 输入时测得的三阶交调曲线，在工作频带内，IM3 优于-44dBc。功放的二次谐波小于-25dBc，对谐波 指标要求高时，还可以在输出端口外接低通滤波器 滤除。与器件参数手册[6]给出的参数相比，该电路 已经较好地利用了功放管的潜力。
关键词：功率放大器，负载牵引，宽带，线性
Optimized Design of a Broadband Power Amplifier Based on Impedance Measurement of FET
ZHANG Xiao-fa，LV Bo，ZHU Chang，YUAN Nai-chang (Microwave Center , NUDT, Changsha 410073, China)
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-40
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c) Bd( -44 3 MI -46