功率放大的輸入、輸出阻抗匹配的實(shí)現(xiàn)步驟

阻抗匹配電路決定了功率放大器輸出至負(fù)載的最大功率，是功率放大器電路設(shè)計(jì)中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

1、為了對(duì)功率放大器電路進(jìn)行輸出匹配，繼續(xù)創(chuàng)建”PA_MATCH”的原理圖，將”PA_BIAS”中的電路圖進(jìn)行復(fù)制

2、從”Smith Chart Matching”元件面板中選擇“DA_SmithChartMatch”控制器插入原理圖中，如圖所示。

3、對(duì)SmithChart參數(shù)進(jìn)行設(shè)置進(jìn)行設(shè)置

4、在原理圖菜單欄“Tool”中選擇“Smith Chart”，調(diào)出“Smith Chart Unity”并設(shè)置參數(shù)。

5、根據(jù)第4步得到Smith Chart Utility

對(duì)輸入輸出阻抗進(jìn)行設(shè)置

自動(dòng)生成電路，選擇最下邊的Auto 2-Element Match按鈕

這時(shí)出現(xiàn)兩種自動(dòng)匹配的網(wǎng)絡(luò)電路，選1種

選中其中的一個(gè)，選中之后會(huì)發(fā)現(xiàn)Network Hierarch 里面的結(jié)構(gòu)和以前不一樣了，自動(dòng)生成了匹配電路。

返回原理圖之后，選中DA_SmithChartMatch右擊，選擇push into Hierarch按鈕，可以查看其內(nèi)部電路。

內(nèi)部電路如下，可以看出它的匹配的電容和電感，以及它的結(jié)構(gòu)，如下圖所示。

這樣就完成了輸出阻抗的匹配。

6、完成輸出阻抗的匹配之后，還要繼續(xù)進(jìn)行輸入阻抗的匹配。先看看仿真結(jié)果，雙擊S參數(shù)仿真控制器，對(duì)S參數(shù)仿真控制器進(jìn)行設(shè)置。同時(shí)在Parameter欄中，在“Z-Parameter”前打勾，將Z參數(shù)掃描納入仿真范圍。

7、仿真，顯示，z（1，1）

對(duì)要顯示的數(shù)據(jù)，輸入阻抗的實(shí)部和虛部，進(jìn)行添加

這個(gè)就是輸入阻抗的仿真結(jié)果。

7、進(jìn)行輸入阻抗匹配，從“Smith Chart Matching”元件面板中選擇“DA_SmithChartMatch”控制器插入原理圖中，組成的電路圖如下。

對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置

用Smith Chart Utility進(jìn)行計(jì)算

這樣就完成了輸入阻抗的匹配

8、完成了輸入輸出阻抗匹配之后即可對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行掃描。

S參數(shù)及諧波平衡仿真

完成所有原理圖電路的建立之后，就可以對(duì)功率放大器進(jìn)行性能參數(shù)仿真了。

1、創(chuàng)建名稱為“PA_S_HB”的原理圖，insert->template選擇HB1Tone，這個(gè)是諧波仿真模板。

2、將“PA_MATCH”中的電路復(fù)制到“PA_S_HB”中。

3、對(duì)HB仿真控制器進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置其掃描參數(shù)是RFpower，掃描范圍是0~30dBm，步長(zhǎng)為0.2dB.

4、設(shè)置完成之后，進(jìn)行仿真，得到下面的仿真圖形。

5、繼續(xù)進(jìn)行顯示：a、[Rectangular Plot]按鈕，插入一個(gè)矩形圖，在彈出的“Plot Traces&Attributes”對(duì)話框中雙擊“Vout”，在彈出的對(duì)話框中選擇“Fundamental tone in dBm over all sweep values”，單機(jī)[ok]按鈕完成基波隨輸入功率變化的曲線。

b、再插入一個(gè)矩形圖，在對(duì)話框“Datasets and Equations”中選擇“Equtions”，然后再下面的選擇欄中雙擊“P_gain_transducer”

c、繼續(xù)添加兩個(gè)矩形框，分別顯示S(1,1)和S(2,1)，分別對(duì)900MHz做標(biāo)記，可見(jiàn)S(2,1)在900MHz時(shí)增益是12.67，而反射系數(shù)卻達(dá)到-1.05，這個(gè)并不理想，因此還需要對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

電路性能的優(yōu)化

1、對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，與之前一樣，在原理圖窗口中選擇“Optim/Stat/Yield/DOE”元件，選擇一個(gè)優(yōu)化控制器插入原理圖中，添加兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)

對(duì)兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行設(shè)置

2、將輸入匹配的電感和電容分別改為L(zhǎng)1和C1作為優(yōu)化對(duì)象，同時(shí)在原理圖中加入一個(gè)變量控制器，并進(jìn)行設(shè)置，這些初始值都是最開(kāi)始的初始值。

3、進(jìn)行優(yōu)化仿真，更新數(shù)據(jù)之后進(jìn)行仿真的結(jié)果如下：

可以看到，經(jīng)過(guò)優(yōu)化之后，在900MHz時(shí)，S(1,1)和S(2,1）均有所提高，雖然S(2,1）沒(méi)有達(dá)到20db，但是很接近20db。從頻譜可以看出，功率放大器在900MHz時(shí)輸出最大功率譜信號(hào)，1dB點(diǎn)輸出功率達(dá)到30dBm，增益19.328dB。

好了，關(guān)于功率放大器就到這里了，內(nèi)容有點(diǎn)多，從明天開(kāi)始就要學(xué)習(xí)低噪聲放大器的設(shè)計(jì)。

這里再來(lái)總結(jié)一下關(guān)于功率放大器設(shè)計(jì)的一個(gè)基本的過(guò)程：1、確定設(shè)計(jì)指標(biāo)，選擇工藝和模型，并添加到工程的庫(kù)中；2、根據(jù)功率放大器的要求和晶體管特性確定靜態(tài)工作點(diǎn)，并進(jìn)行穩(wěn)定性分析；3、對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括偏置電路的設(shè)計(jì)、阻抗匹配，這里要用到loadpull和source工具；4、對(duì)電路進(jìn)行仿真，分析曲線并進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。