ADS功率放大器的设计
怎么利用ADS设计功率放大器？
Power Added Efficiency
PAE
60
50
40
30
20
10
0
-30
-20
-10
0
10
Pin
m1
m1
Pin=30.000
PAE=49.618
20
30
40
Page 22
准备好优化PA
• 下一步优化设计满足需要。 • 设计者可以抓住机会看一下有无其它需求，例如在进行优化之前电
路板需要什么改进。 • 例如：我们注意到晶体管垫片宁可比它连接的传输线宽一些而不是
m1 indep(m1)=4 PAE_contours_p=-0.952 + j0.100 level=58.130703, number=1 impedance = 1.096 + j2.618
indep(PAE_contours_p) (0.000 to 77.000) indep(Pdel_contours_p) (0.000 to 66.000)
Page 17
匹配电路
Output Match
Input Match
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完成设计功率扫描
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功率压缩曲线
Pdel_dBm
Output Pin=30.000 Pdel_dBm=45.570
60
40
Output
20
0
-20
-30 -20 -10 0
10 20 30 40
Pin
Page 20
相同宽度。 • 由于传输线必须窄一些，所以我们可以添加一段渐变线以获得好的
传输。 • 可以在输入和输出端分别包含一个 MTAPER。
(New)功率放大器的负载牵引法ADS设计过程
毫米波频率合成器技术研究基本知识积累《放大器电路识图与故障分析》P197知识摘抄。
电压放大级：放大信号电压推动级：放大信号电压和电流功放输出级：放大信号电流（因为前两级已经把电压放大到足够电平） 注：1. P=U*I 。
要放大电流，输出功率才大。
2. 因为功放有增益的指标，所以要电压放大。
具体知识（包括A 、B 、AB 类等的区分）可参见《放大器电路识图与故障分析》P197。
功率放大器设计（用FLL351，设计A 类，线性好）设计指标： 频率：2G输出功率：35dBm=3.5W 输入VSWR ：1.5第1章 偏置确定与设计 1第2章 确定负载阻抗的第一种方法-简单法 3 第3章 确定负载阻抗的第二种方法-负载牵引法 5第1章 偏置确定与设计因为要输出3.5W ，而甲类（A 类）放大器的效率最高只能做到50%。
PdcPo =η，其中η=50%，Pdc 是直流消耗的功率。
所以Pdc=7W 。
而FLL351的供电是10V ，则需要的最大电流为7W/10V=0.7A 。
所以Ids至少要大于700mA，因为要考虑线性，如果效率达到50%，那么它的线性就不会很好，所以一般增大Ids，以提高线性（Ids增大了，那直流功率也增大了，那么输出功率也相应增大了，相当于功率回退）。
毫米波频率合成器技术研究第2章 确定负载阻抗的第一种方法-简单法功率放大器的输出功率：()LCEsat R V Vcc Po 22-=,其中Po 是功放的输出功率，单位为瓦(W)；Vcc 是电源电压，单位为V ；CEsat V 为C 极和E 极之间的饱和电压，L R 为功放的负载阻抗。
根据前面的介绍和分析，我们这个功放的设计参数：Po =3.5W ，VCC=10V ，CEsat V =1V 。
CEsat V （即FLL351的V ds,sat ）的值可在FLL351的PDF 中找到，如下图：有了以上的已知条件，根据()LCEsat R V Vcc Po 22-=，求得最佳的负载阻抗L R =11.6欧。
基于ADS的功率放大器设计与仿真[图]
![基于ADS的功率放大器设计与仿真[图]](https://img.taocdn.com/s3/m/b97481d158f5f61fb73666b1.png)
基于ADS的功率放大器设计与仿真[图]0 引言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。
通过采用EDA工具软件进行电路设计可以掌握设计电路的性能，进一步优化设计参数，以达到加速产品开发进程的目的。
本文仿真设计采用恩智浦半导体的LDMOS晶体管BLF6G27-10G，该晶体管工作频段在2500～2700 MHz之间，直流28V供电。
具有很好的线性度，它采用特殊工艺，具有良好的热稳定度。
同时使用EDA软件，利用负载牵引和源牵引相结合的方法进行设计，使其输出功率在频率为2.6GHz时达到6.5W。
1 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。
1.1 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K>1，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。
1.2 功率增益放大器的功率增益(Power Gain)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。
1.3 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。
1.4 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。
用ADS设计功率放大器
用ADS设计功率放大器ADS是一个电子设计自动化软件，用于电路设计和模拟。
在设计功率放大器时，一般有以下几个步骤：1.确定设计规格：根据设计要求，包括输入和输出功率、频率范围、增益、效率、失真要求等，确定设计目标。
2.选择晶体管：根据功放的规格，选择适合的晶体管。
通常选择高功率、高频率、高增益的射频晶体管。
根据设计目标选择合适的晶体管。
3.偏置电路设计：为了使晶体管在恒定的工作点上运行，需要设计一个偏置电路。
偏置电路的目的是提供适量的直流电压和电流，使晶体管在线性区域工作。
4.匹配电路设计：为了最大化功放的输出功率，输入和输出端口需要进行匹配。
匹配电路的设计涉及到负载线和传输线的选择、长度的调整和微调等。
5.输出网络设计：输出网络是用来提高功放的效率和增益的一种电路。
常见的输出网络包括串联LC网络、π型网络和共阴共射网络等。
6.模拟仿真：使用ADS软件进行电路仿真，验证设计的正确性。
根据需要调整和优化各个电路模块，使其尽可能达到预定的性能指标。
7.PCB设计：根据仿真结果和设计要求，进行PCB布局和布线。
保证信号完整性和电路稳定性，减少信号损耗和干扰。
8.原理验证：制作样品电路进行测试和验证，根据测试结果对设计进行优化。
9.优化和调整：根据原理验证结果，对电路进行优化和调整。
可能需要调整偏置电路、匹配电路、输出网络等，以达到设计目标。
10.完成设计文档：根据设计结果，编写设计报告和文档，包括电路原理图、PCB布局图、仿真结果、测试数据等。
总结：设计功率放大器的过程包括确定设计规格、选择晶体管、设计偏置电路、匹配电路设计、输出网络设计、模拟仿真、PCB设计、原理验证、优化和调整等。
通过这些步骤，可以设计出满足要求的功率放大器。
ADS软件提供了强大的仿真功能，可以帮助设计师快速验证和优化设计。
《2024年基于ADS的射频功率放大器设计与仿真》范文
《基于ADS的射频功率放大器设计与仿真》篇一一、引言随着无线通信技术的不断发展，射频功率放大器（RF Power Amplifier, RFPA）作为无线通信系统中的关键组件，其性能的优劣直接影响到整个系统的性能。
因此，设计一款高性能的射频功率放大器显得尤为重要。
本文将介绍基于ADS（Advanced Design System）软件的射频功率放大器设计与仿真过程，以期为相关领域的研究与应用提供参考。
二、设计目标与要求在设计射频功率放大器时，我们需要明确设计目标与要求。
主要包括以下几个方面：1. 工作频率范围：根据应用需求，确定射频功率放大器的工作频率范围。
2. 输出功率：根据系统需求，设定射频功率放大器的输出功率。
3. 效率：在保证输出功率的同时，尽量提高射频功率放大器的效率。
4. 线性度：确保在各种工作条件下，射频功率放大器的输出信号保持较好的线性度。
三、设计原理与方案根据设计目标与要求，我们采用合适的拓扑结构与器件，制定出具体的射频功率放大器设计方案。
设计方案主要包括以下几个方面：1. 拓扑结构选择：根据应用需求，选择合适的功率放大器拓扑结构，如AB类、BC类等。
2. 器件选择：选择具有较低噪声系数、高功率附加效率（PAE）和良好线性度的器件。
3. 电路设计：根据拓扑结构和器件特性，设计出合理的电路结构，包括输入匹配电路、输出匹配电路、偏置电路等。
四、ADS仿真与优化在确定了设计方案后，我们使用ADS软件进行仿真与优化。
ADS是一款功能强大的电子设计自动化软件，可以用于射频电路的设计、仿真与优化。
在ADS中，我们可以建立射频功率放大器的仿真模型，通过调整电路参数，优化性能指标。
仿真与优化的主要步骤包括：1. 建立仿真模型：根据设计方案，在ADS中建立射频功率放大器的仿真模型。
2. 参数设置：设置仿真参数，如工作频率范围、输出功率等。
3. 仿真分析：对仿真模型进行仿真分析，得到射频功率放大器的性能指标。
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K>1，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(Power Gain)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K<1，所以该功率放大器是不稳定的。
基于ADS的功率放大器设计实例与仿真分析
基于ADS的功率放大器设计实例与仿真分析基于ADS（Advanced Design System）的功率放大器设计实例与仿真分析，可以从功率放大器的设计步骤、ADS的使用方法以及仿真分析结果等方面进行详细阐述。
以下是一个关于微带带通滤波器的功率放大器设计实例与仿真分析的论述。
第一步是设计微带带通滤波器，该滤波器会被用作后续功率放大器的输入端。
为了实现滤波器的设计，可以使用ADS中的电路设计工具。
首先，根据输入信号的频率要求和滤波器的通频带范围，可以设置滤波器的中心频率和带宽。
然后，可以选择合适的滤波器拓扑结构，如二阶椭圆滤波器或Butterworth滤波器等。
接下来，可以计算并选取滤波器所需的阻抗、电感和电容等元件数值。
最后，将设计好的滤波器电路进行布线，并进行仿真分析。
接下来是功率放大器的设计。
在滤波器的输出端，接入功率放大器电路。
首先，可以选择适当的功率放大器拓扑结构，如BJT放大器、MOSFET放大器或GaAsHEMT放大器等。
然后，根据输出信号要求和功率放大器的增益、线性度要求，可以计算并选取合适的偏置电流和工作电压等参数。
接下来，根据电路的参数和设计需求，可以进行功率放大器电路的分析和调整。
通过调整各个参数和拓扑结构，可以获得较好的功率放大器的设计效果。
在进行功率放大器的AD仿真时，将滤波器和功率放大器电路进行连接，并将输入信号的频率与幅度设置为所需的值。
可以通过修改电路参数，如管子的偏置点、交叉点的电阻等，来观察功率放大器在不同工作条件下的性能表现，并且可以分析功率放大器电路的输入输出特性、增益、功率效率等指标。
如果发现电路存在问题或者不满足设计需求，可以通过改变电路的参数、调整滤波器的结构等方式进行优化，再次进行仿真分析。
最后，根据仿真结果，可以对功率放大器进行性能评估和分析。
通过比较仿真结果与设计要求，可以判断设计的功率放大器是否满足预期的性能指标。
如果仿真结果不理想，可以进行参数调整、电路优化等方法来改善电路性能。
ADS简单放大器专业设计报告
信息学院射频电路设计课程设计课题：低噪声放大器设计与仿真姓名：指导老师：专业：班级：学号：简单放大器的设计一、摘要先进设计系统(Advanced Design System)，简称ADS，是为了高效的进行产品研发生产，而设计开发的一款EDA软件。
软件迅速成为工业设计领域EDA软件的佼佼者，因其强大的功能、丰富的模板支持和高效准确的仿真能力（尤其在射频微波领域），而得到了广大IC设计工作者的支持。
在小信号设计中确定最佳输出阻抗通常使用负载线法，负载线法的主要工作是计算功率管的负载线，在使用电压确定的情况下，根据输出功率参考功率器件资料中给定的电流-电压曲线可以得到该曲线，从而确定出最佳输出阻抗的实部。
该方法使用仿真软件就可以进行，不需要昂贵的仪器，适用于大多数的设计情况。
本文主要介绍关于ADS简单放大器的设计，包括原理图的绘制，电路参数的优化、仿真等等。
二、设计目的和意义1、了解简单放大器的基本原理，作好设计简单放大器的准备；2、学习软件仿真注意要点；3、掌握ADS软件仿真的基本操作；4、运用ADS设计并仿真出简单放大器的相关结果。
三、设计原理1、仿真模型选择：（1）晶体管：A、SP模型：属于小信号线性模型，模型中已经带有了确定的直流工作点，和在一定范围内的S参数，仿真时要注意适用范围。
Sp模型只能得到初步的结果，对于某型应用来说已经足够，不能用来做大信号的仿真，或者直流馈电电路的设计，不能直接生成版图。
B、大信号模型：可以用来仿真大、小信号，需要自行选择直流工作点，仿真时要加入馈电电路和电源。
带有layout的大信号模型可以用来生成版图。
（2）集总参数元件：电容、电阻、电感：在进行电路优化时，可以直接选用参数连续变化的模型，在系统设计最后，需要把这些优化过的元件替换为器件库中系列中的元件才是可以制作电路、生成版图的。
替换时选择与优化结果相近的数值，替换后要重新仿真一次，校验电路性能是否因此出现恶化。
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Graphical Method of Determining Ropt*
Ropt, the load impedance at drain terminal that gives the maximum output power for devices* in Ids Class A operation Imax (VBias-VKnee)2 Ropt = 2 x POut Easy to calculate Reasonably accurate
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DesignGuides in ADS – Bridging the Gap
DesignGuides
Passive RF System Filter Linearization Bluetooth Mixer Amplifier Oscillator PLL
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Amplifier Design in ADS for Radar Applications
Presented by: HeeSoo LEE
Aerospace and Defense Symposium 2005
Objectives
Deliver 3 Watts
14.8 dBm
12 dB
26.8 dBm
34.8 dBm
8 dB
NE651R479A
NE6510179A
Amplifier Design in ADS for Radar Applications
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*
VKnee
VBias
Vmax
Vds
2.67Ω Ropt with NE6510179A at 5V, 1.2A bias point
: Steve C. Cripps, RF Power Amplifier for Wireless communications Artech House Publishers
– Package parasitic
Amplifier Design in ADS for Radar Applications
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Determine Optimum Source Impedance – Linear method
No information on output power but small signal gain Choice 1 : Conjugate match
– Good for maximum gain – Good for Input match – Output match is question
Simulation Technology
Applications
Amplifier, Filters Mixers, Oscillator Passives, System Mod/Demods Packaging Others
Linear, Nonlinear Circuit Envelope Time Domain Agilent Ptolemy Electromagnetic Others
Comparison of Graphical and Load-Pull Methods
Graphical Method DC only calculation 2.67 Ω Load-Pull Method Complete non-linear AC/RF simulation ΓRopt = 0.924/-169.396
A: 2.67 Ω B: 2.0 + j4.65 Ω
ZRopt = 2.0 + j*4.65 Ω Reasonable agreement but slightly different due to – Where to look into the impedance
Graphical method, at A plane: Drain terminal of intrinsic transistor Load-Pull method, at B plane: Drain terminal of extrinsic or packaged transistor
36dBm 35.5dBm
Load impedances is mapped to Power and PAE contours
Amplifier Design in ADS for Radar Applications
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Simply replace it with your own device!
Menu
1-Tone Nonlinear Simulations / Load-Pull – PAE, Output Power Contours
Complex Load Impedance
Ground pad is attached to the device!
– Better output match with a little loss of gain – As an example, 0.936/-156.351 gives 1.4dB mismatch loss but better match for output
Overview of a systematic medium power amplifier design flow in ADS Overview of available tools and utilities in ADS for amplifier design Demonstrate ADS co-simulation capability Demonstrate ADS layout for amplifier design
Substrate
oz 31 mil AIR RT Duroid 5870 GND
Recommended PCB Layout
Leff =
ADS Layout for ground
Imaginary (Z11) ω
Amplifier Design in ADS for Radar Applications
Amplifier Design in ADS for Radar Applications
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What and Where to use DesignGuides
UWB
Amplifier Design in ADS for Radar Applications
Also ADS design kit is available with nonlinear models
– /prod/prod_ads_update.asp
Source: NEC
Amplifier Design in ADS for Radar Applications
TIMING SYNC
PA
Local Oscillator
RECEIVER PROTECTOR
To Display
ADC and Signal Processor
SYNCHRONOUS I/Q DEห้องสมุดไป่ตู้ECTOR
LNA
Receiver
Amplifier Design in ADS for Radar Applications
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Determine Optimum Load Impedance Load-Pull*
Use Amplifier DesignGuides Load-Pull
– Pre-configured simulation setup – Pre-configured data post-processing
*Also available in load-pull application guides Amplifier Design in ADS for Radar Applications Page 11
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Load-Pull Simulation Result
Optimum transistor output match for maximum power Mapped input gain circle for transistor's output impedance
Choice 2: Mismatched input for optimum output match
Amplifier Design in ADS for Radar Applications
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Modeling of FET Ground Pad Inductance
Substrate on RT Duroid 5870, 31mil thick and oz Model ground pad in preparation for determining the optimal load impedance from a load-pull simulation – Momentum EM Simulation to get S-parameters – Calculation of Leff from Z-parameters: 0.163nH at 2GHz