功率放大器输入输出牵引设计

1、重庆理工大学光电信息学院专业实验报告课程名称 射频电路仿真设计 实验名称 功率放大器输入输出牵引设计 姓 名 学 号 成 绩 一、 基本原理 要说功率放大器的原理，我们还是先来看看功率放大器的组成：射频功率放大器（RF PA）是各种无线发射机的重要组成部分。在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。 射频功率放大器是发送设备的重要组成部分。射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。除此之外，输

2、出中的谐波分量还应该尽可能地小，以避免对其他频道产生干扰。 高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它

3、将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。在 “低频电子线路” 课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为360o，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于 180o；丙类放大器电流的流通角则小于180o。乙类和丙类都适用于大功率工作。丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。 高频功率放大器的主要技术指标有：输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度（或信号失真度）等。这几项指标要求是互相矛盾的，在设计放大器时应根据具体要求，突出一些指标，兼顾其他一些指标。例如实际中有些电路，防止干

4、扰是主要矛盾，对谐波抑制度要求较高，而对带宽要求可适当降低等。功率放大器的效率是一个突出的问题，其效率的高低与放大器的工作状态有直接的关系.功率放大器的一般设计步骤1.直流扫描 2.稳定性分析3.牵引设计（给定功率输入时的功率输出与负载关系曲线）4.偏置电路设计5.原理图仿真6.谐波仿真设计要求 频率：960MHz 输出功率：40W 输入功率：1W 效率：>18% 二、 仿真模型负载牵引设计1在原理图中执行：DesignGuideAmplifier1 Tone Nonlear Simulations,选择LoadPullPAE,Output Power Contours2.在弹出原理图中

5、，删除隔直电容和扼流电感，以及场效应管，添加freescale工艺库和9040N模型。3.把扼流电路添加到原理图中 ，并设置电源电压参数、频率参数和输入功率。4.设置输出端在1W输入功率时，S参数的圆心和半径，归一化阻抗设置为5欧姆，以便找出合适的输出功率和效率。5.添加隔直电容，仿真后观察结果6.新建一个原理图out_matching,利用史密斯圆图，把5.92+j*0.29欧姆匹配到50欧姆,并利用微带电路实现。（由于3、4脚都是输入端，故连接在一起，根据封装尺寸，大小共计约9.68毫米，选择特性阻抗为12欧姆的传输线与他们相连，约10.75mm）利用自带LineCale将传输线的电长度转

6、化为几何尺寸，得到负载牵引设计原理图如下图输入牵引设计（设计步骤同负载牵引设计）输入输出牵引设计合在一起的原理图如下三、 仿真结果负载牵引设计原理图仿真结果输入牵引设计原理图仿真结果输入输出牵引设计合在一起的原理图仿真结果四、 实验结果分析 在这次版图实验过程中，有以下几个结论：1在中心频带处的带宽比较窄，说明对频率的要求比较高，过高或者过低的频率都会导致信号的失真，从而达不到实验要求；2在匹配过程中，由于电长度和电容的不一样，会导致器件频率响应度不一样，从而使得匹配的效果也不一样；3匹配的方式不一样，也会导致匹配的结果不一样，本次实验中，采用史密斯圆图进行匹配，在等q系数圆内，利用传输线和接地电容的方式完成匹配，匹配的结果如仿真结果，频带窄，输入输出的中心频率也有所偏移