微波功率放大器的仿真设计

毕业设计 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目微波功率放大器的仿真设计学生姓名周东晓学号1113014116所在学院物理与电信工程学院专业班级电子1104班指导教师贾建科完成地点物电学院实验室2015年6月11日 毕业论文 毕业论文答辩ppt模板下载毕业论文ppt模板下载毕业论文ppt下载关于药学专业毕业论文临床本科毕业论文下载 ﹙设计﹚任务书院(系)物电学院专业班级电子信息工程学生姓名一、毕业 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ﹙设计﹚题目微波功率放大器的仿真设计二、毕业论文﹙设计﹚工作自___2014__年__2_月_20_日起至__2014_年6月_20日止三、毕业论文﹙设计﹚进行地点:物电学院实验室四、毕业论文﹙设计﹚的内容要求：射频功率放大器在雷达、无线通信、导航、卫星通讯、电子对抗设备等系统中有着广泛的应用，是现代无线通信的关键设备。功率放大器总是要求在一定频率范围内输出一定的功率，同时满足系统高效率的要求。我们知道功率放大器的输出功率和效率是一对相互矛盾的统一体，不可能在获得大的输出功率条件下，又能获得很高的功率附加效率。在设计功率放大器的过程中，往往需要对这两个性能参数指标进行折中处理。那么如何对这两个性能参数进行折中处理就成为功率放大器设计中的一个难点。这个难点的最好解决方法就是放在功率放大器输入输出匹配网络的设计中来解决。本设计是利用微波射频仿真软件ADS对微波功率放大器进行仿真设计，掌握微波射频电路的工程设计理论和设计方法，提高专业素质和工程实践能力。其具体要求如下：1、分析微波功率放大器的各项参数；2、查找相关资料并翻译相关的英文资料；3、设计一微波功率放大器，技术指标如下；工作频率0.945GHz驻波比VSWR<2,增益G>16dB4、设计输入输出匹配电路，并利用仿真软件对设计进行仿真验证。五、毕业论文﹙设计﹚应收集资料及参考文献：收集关于微波功率分配器、ADS仿真等方面的专业资料，阅读和学习下列参考文献：[1]徐兴福．ADS2008射频电路设计与仿真实例【M】.电子工业出版社，2010：[2]陈钺颖.ADS射频电路设计与仿真从入门到精通【M】.电子工业出版社，2013：[3]廖承恩.微波技术基础【M】.西安电子科技大学出版社，2011：[4]应荧莹.微波工程【M】.电子工业出版社，2010．2微波功率放大器的仿真设计学生：周东晓（陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业电子1104班级，陕西汉中723000）指导老师：贾建科[摘要]：随着现代无线通信的发展，微波功率放大器已成为微波通信设备的重要部件，它的性能优劣在很大程度上影响着通信质量。因而，对微波功率放大器的研究和设计也越来越受关注。本文分析了微波功率放大器的基本原理，介绍了其阻抗匹配电路的方法，并根据指标要求对晶体管的输入输出网络进行阻抗匹配，用微带线实现匹配电路。用ADS软件进行优化仿真，最后设计出大信号微波功率放大器。通过多次调试、测试实验，所设计的微波功率放大器在0.945GHz的频率上增益达到16dB以上。【关键字】：微波;功率放大器;优化设计;CAD.ThesimulationofmicrowavepoweramplifierdesignZhouDongxiao(Grade11,Class4,Majorelectronicsandinformationengineering，ElectronicsandinformationengineeringDept.，ShaanxiUniversityofTechnology，Hanzhong723000，Shaanxi)Tutor:JiaJiankeAbstract:Withthedevelopmentofwirelesscommunication，microwavepoweramplifierhasbeenanimportantcomponentinmicrowavecommunication,itscapabilityeffectsthequalityofthecommunicationinalargeextent.Soithasbeenpaidmoreandmoreattentionintheresearchanddesignofmicrowavepoweramplifier.Inthispaper,firstlythenonlinearcharacteristicsofthemicrowavepoweramplifierhavebeenanalyzed,andseveralimpedancematchingcircuitsforthepoweramplifierhavebeenintroduced.Thenaccordingtotherequiredfeatures,theinputandoutputimpedancematchingnetworkshavebeenrespectivelydesignedforagiventransistor,usingmicrostriplinemodeltosolvethisproblem.AndafterhavingusedtheADSsoftwaretomakeS-parametersimulationandoptimization,alargesignalmicrowavepoweramplifierisfinallydesigned.Withaseriesofrigorousexperimentsandtests,themaximumgainofthedesignedpoweramplifiercanbeupto7dB.Keyword:microwave；poweramplifier；optimizationdesign；CAD；目录1引言 12微波功率放大器的非线性特性 22.1单级功率放大器的非线性分析 22.2微波功率放大器线性化技术 42.2.1反馈技术 52.2.2前馈技术 52.2.3预失真技术 53微波放大器的基本原理 63.1微波功率放大器的增益 63.2微波晶体管放大器的稳定性 74使用ADS软件进行微波功率放大器的设计与仿真 84.1微波功率放大器的设计步骤及参数 84.2直流扫描 84.2.2放入飞思卡尔元件模型 94.2.3扫描参数的设置 94.2.4仿真并显示数据 104.3偏置及稳定性分析 114.3.1原理图的建立 124.3.2稳定性分析 134.3.3稳定措施 144.3.4加入偏置电路 154.4负载牵引设计Load-Pull 164.4.1插入Load-Pull模板 174.4.2确定Load-Pull的范围 184.4.3确定输出的负载阻抗 184.5运用Smith圆图进行匹配 194.5.1匹配电路的建立 194.5.2用实际元件替换输出匹配电路 204.6Source-Pull 214.7电路优化设 244.7.1谐波平衡仿真 254.7.2优化输入输出匹配网络 274.8印制电路板图 284.8.1生成印制电路版图 29结束语 30致谢 31附录A：总电路图 32附录B：参考外文文献 33附录C：参考外文文献翻译 351引言在现代微波无线通信系统中，信息传输正朝着多载波、大容量、高速度方向迅猛发展。微波功率放大器是微波通信设备的重要部件，它的性能在很大程度上影响通信的质量。比如，微波功率放大器增益减小，输出功率下降，则会引起信噪比降低，或是通信距离减小；三阶互调失真大，对时分数字通信设备而言，会产生码间串扰，增大误码率；功放的泄漏会造成自激，使工作不稳定，严重时甚至会使通信中断。性能优良的功率放大器，除了要进行精确合理的电路和结构设计外，还必须要有良好的生产工艺作保证。微波功率放大器近年来已广泛应用于雷达、电子对抗、广播电视等领域，它具有体积小、重量轻、耗电少、可靠性高、相位特性好的优点，且一般都在50欧姆的微带线上进行调试。作为功率放大器，应该有较大的输出功率和较高的效率，同时也要满足带宽、增益和稳定性的要求。由于功率放大器处在大信号状态，放大过程中难免产生非线性失真，在设计中必须着重考虑。因此，设计一功率放大器的关键是合理的选择功放管、正确确定工作状态、精心设计匹配网络和选择合适的电路等等。本文的工作就是进行微波功率放大器的优化和设计。其中，第二章介绍了微波功率放大器的非线性特性和各种常用线性化技术的基本原理；第三章介绍了微波功率放大器的设计原理；本文的第四章首先叙述了0.945GHz功率放大器的研制和设计，然后用ADS软件进行优化仿真，并对所设计的放大器进行加工制作，最后实验调试。按照所给定的指标要求，本文研究的功率放大器预期达到以下技术指标：工作频率：945MHz驻波比：VSWR<2功率增益：16dB效率：>40%2微波功率放大器的非线性特性当微波功率放大器工作在大信号情况时，其幅度和相位特性的非线性会引起信号失真，产生互调和相位噪声[1]。2.1单级功率放大器的非线性分析假设有一功率放大器，该放大器具有非线性，其输入、输出特性如图所示。其输出电压可以输入电压的幂级数表示，即(2-1)(2-2)则变为(2-3)那么基波功率为(mW)(2-4)输入功率为(mW)(2-5)定义增益G为(2-6)定义线性增益为(2-7)那么1dB压缩点增益为利用上式可求得(k3<0)(2-8)把（2-8）式代入（2-4）求出1dB压缩点功率(2-9)(2-10)则（2-1）式变成(2-11)由上式可见放大器输入、输出频谱如图2-2所示，从图2-2可以看出，非线性放大器会产生许多杂散频率，其中在频带外,而在频带内，即为交调产物。放大器线性部分的延长线与三次交调产物线性部分延长线相交点的输出功率为截断点，该点是衡量放大器线性的一个参数。如图2-3所示。设两个三次交调产物功率和为，两个基波线性输出功率和为，两基波输出功率和为，两基波输入功率和为，则(mW)(2-12)(mW)(2-13)(mW)(2-14)(mW)(2-15)令，得，代入（2-13）式则（dBm）(2-16)由上述关系还可以导出(2-17)整理（2-12）式可得(2-18)式中(2-19)解（2-18）式得（j=0,1,2）(2-20)上式成立条件为。当时，，并以此为据从（2-20）式中选取合适的解，其中cos=1.51875y-1(2-21)令则(2-22)将（2-22）式代入（2-12）、（2-13）式，得（dBm）(2-23)（dBm）(2-24)将（2-23）、（2-16）式代入（2-17）式得（dB）(2-25)这样，利用（2-19）、（2-21）、（2-22）、（2-25）式即可求出放大器的交调。。2.2微波功率放大器线性化技术为了消除微波功率放大器的非线性失真，必须采用一些可靠的线性化技术。提高放大器线性度最简单的方法是将放大器工作在甲类，并降低工作电平，直到得到所要求的线性度，即功率回退法。目前主流的线性化技术主要有三大类，即反馈技术、前馈技术与预失真技术，下面就简单介绍一下这些技术的原理。2.2.1反馈技术将RF输出信号直接反馈到输入端，通过反馈来达到对IM产物的抑制，即RF直接反馈法，常用于低功率放大器，其应用受到工作频率和输出功率的很大限制，反馈环上的有限时延限制了带宽[2]，而且，这种方法难以实现多级反馈。在更高电平上，反馈网络耗散很大，不得不使用高功率电阻，增加了成本和结构复杂性。2.2.2前馈技术前馈技术[3-5]比反馈技术提出的早，是一种宽带线性化技术。前馈技术基本原理是通过将主功率放大器产生的失真信号样本前馈到放大器输出端，来大量抵消放大器输出端的失真信号。2.2.3预失真技术预失真技术[6]是一项通过产生输入信号的互补信号，来消除RF功放的非线性失真的线性化技术。在TV发射机（中频预失真）及TWT放大器（RF预失真）中已经成功地运用预失真技术来校正三阶交调失真。一般说来，各种线性化方法大体都可以归成两大类[7]，即开环或闭环技术。各种反馈等都可看成是闭环系统，它们具有很高的线性化能力，可以在满足一定频谱抑制的同时，得到较好的功率输出和效率，但由于受到调制带宽的严重限制，通常局限在单载波系统的设计中。预失真技术则可看成开环系统，它没有闭环系统的校正精度，但它能够处理的多载波信号调制带宽非常宽，也不存在制约闭环系统固有的稳定性问题。并且其实现简单，成本较低，适合于在便携式系统等要求廉价且容量大的通信系统中使用。3微波放大器的基本原理在微波放大器的设计中，从原则上讲都是希望提高放大器的增益。为使放大器能可靠地工作．防止自激也是设计成败的关键所在。所以增益和稳定性在放大器的没计中都是着重需要考虑的问题，这两个问题都有普遍意义。噪声在微波放大器的设计中是力求避免的，尽管在有的放大器的设计中不是主要考虑的技术参数，但也是性能优良为上，是放大器设计中值得重视的问题。微波放大器设计都要设计输入、输出匹配电路，所以在本章后面对输入、输也匹配网络的几种主要形式进行了研究。3.1微波功率放大器的增益微波放大器增益包括实际功率增益、资用功率增益、传输功率增益。增益中的参数在晶体管这个二端口网络中的含义如图2-l所示。(1) 实际功率增益其中PL是负载吸收功率，即实际到达负载的功率，Pin是送进微波放大器输入端的功率，是负载反射系数，S11、S22、S12、S2l是功率管的S参数，以下相同。从中可见实际功率增益只与功率管S参数和负载阻抗有关，而与输入端口的匹配程度无关。应用式(2-1)便于研究负载变化对功率放大器的影响。(2) 资用功率PLa是放大器的输出资用功率，即在放大器的匹配负载上能够获得的功率，也是放大器在信源阻抗下的最大输出功率值。Pn是信源的资用功率，即信源的最大输出功率。是源反射系数。可见资用功率增益只与晶体管S参数和信源阻抗有关，而与输出端口的匹配程度无关。应用式(2-2)便于研究信源阻抗变化对放大器功率增益的影响。Ga的物理意义是：插入放大器后负载可能得到的最大功率是无放大器时可能得到的最大功率的多少倍。而实际放大器在输入、输出端不见得是共扼匹配的。Ga只是表示放大器功率增益的一种潜力。当在输入端口满足共扼匹配时，Ga达到最大值。(3) 传输功率增益上式体现了正向传输、输入匹配程度、输出匹配程度以及反馈等因素对增益GT所起的作用。GT的物理意义为：插入放大器后负载实际得到的功率是无放大器时可能得到的最大功率的多少倍。三种功率增益有如下关系：式中的M1，M2分别为输入端和输出端的失配系数。可证明：因此，三个功率增益中若已知其中一个，既可知另外两个。一般情况下，M1<1，M2<l，表示两个端口都偏离共扼匹配，所以GT<GGT<Ga当共扼匹配时，M1=M2=1，此时由以上分析可知G值只与输出端匹配程度有关，而与输入端匹配程度无关。Ga只与输入端有关而与输出端无关。只有GT同时与输入、输出都有关。所以用GT表示增益比较全面，因此以GT来衡量放大器。3.2微波晶体管放大器的稳定性上节求得的放大器增益不一定都是可实现的，因为S12意味着放大器有内反馈，可能造成放大器不稳定。可以从放大器输入端口或输出端口是否等效有负阻来进行判断。如果放大器存在负阻，则有可能(并非一定)产生自激震荡。假设放大器输入阻抗则输入端反射系数的模为可见当Rin<0时，。输出端口类似。因此，当我们用S参数法来分析放大器时，就从其输入端口或输出端口反射系数的模是否大于l来判断晶体管放大器的稳定性。4使用ADS软件进行微波功率放大器的设计与仿真本设计使用的是ADS2008版本采用了负载牵引方法，这个方法是决定最佳负载阻抗最精准的方法，用来模拟及测量功率管在大信号时的特性。功率放大器在大信号工作时，功率管的最佳负载阻抗会随着输入信号功率的增加而改变。因此，必须在史密斯图上，针对给定一个输入功率值时绘制出在不同负载阻抗是的等输出功率曲线，帮助找出最大输出功率时的最佳负载阻抗。4.1微波功率放大器的设计步骤及参数为了完成功放特性仿真，设计通常需要以下几个步骤：(1)选择一个合适的功放管模型，下载下来并将其导入ADS的模型库中。(2)根据放大器的要求和晶体管特性确定静态工作点。(3)进行功率放大器的电路设计，包括阻抗匹配、设置偏置电路和直流扼流等。(4)确定仿真类型(S-参数仿真、谐波平衡仿真、直流仿真、交流仿真等)，仿真参数，以及ADS环境下所需的一些变量。(5)对所涉及电路进行仿真，分析仿真曲线并得出结论。(6)优化功放电路结构和电路参数。为了明确设计目的，在此列出了一些设计需要达到的参数：频率:945MHz输出功率：45W输入功率：1W效率：>40%电源电压：28V根据上述设计要求，本设计选定飞思卡尔公司的LDMOS(LaterallyDiffusedMetalOxideSemiconductor)功率管MRF9045N。功率管MRF9045N的模型库可以再飞思卡尔公司的官方网站上下载。4.2直流扫描首先安装DesignKit，然后新建工程“PowerAmplifier_prj”，调用ADS内部所带的直流扫描模板对MRF9045N进行直流扫描4.2.1插入扫描模板(1)执行菜单命令【Insert】，选择【Template】弹出“InsertTemplate”对话框，如图4-1所示。(2)选择“FET_curve_tracer”模板，单击【OK】。(3)单击鼠标左键将添加的FET直流扫描模板放入原理图中。模板如图6-2所示。图4-1选择直流扫描模板4-2添加FET直流扫描模板后的原理图4.2.2放入飞思卡尔元件模型(1)选择元件面板列表中的“FreescaleRFHighPowerModelLibrary”选项，将面板中的元件以及飞思卡尔的控件放入原理图中，并用导线连接起来。(2)双击放入的元件模型调出属性对话框，在“ParameterEntryMode”的下拉列表中，找到MRF9045N并点击【OK】选中。4.2.3扫描参数的设置(1)双击参数扫描控件“RARAMETERSWEEP”，修改参数如图4-3所示。(2)双击控件“DC”，弹出“DCOperatingPointSimulation”对话框，修改参数，如图4-4所示。(3)直流扫描电路模型设置完成，完成后的原理图如4-6所示。(4)保存为“dc_sweep”。图4-3VGS扫描参数设置图4-4VDS扫描参数设置图4-5设置好的电路原理图4.2.4仿真并显示数据(1)按【F7】键开始仿真.(2)仿真完成后，会自动弹出数据显示窗口，其中就有直流扫描的I-V数据表。执行菜单命令【Marker】选择【New】，把一个三角标志放在图上，可以控制它的位置，如图4-6所示。图4-6I-V曲线图表(3)因为是AB类功放，所以选取VGS=3.8V，静态工作电流IDS=717mA作为工作点。(4)存储数据窗口，默认名称为“dc_sweep”,扩展名为“.dds”，该文件会存储在项目文件夹的目录中，而数据文件，即所有的.ds文件和数据设定会存储在data子目录中。4.3偏置及稳定性分析4.3.1原理图的建立(1)单击【File】选择【NewDesign】，新建原理图文件，命名为“BiasStability”.图4-7所示(2)插入S参数扫描模板。执行菜单【Insert】选择【Template】，点击“S_Params”，如图4-8所示。图4-7创建新的原理图图4-8选择S参数扫描模板(3)调出MRF9045N以及飞思卡尔识别空间，从“Lumper-Components”元件面板中调出扼流电感DC_Feed和隔直电容DC_Block，从“Sources-FreqDomain”元件模板中调出直流电压源V_DC，加入S参数扫描控制器和Term端口，用导线连接好。从“Simulation-S_Param”元件面板中跳出测量稳定引资的控件“Stabfct”。双击S参数扫描控件，完成扫描参数设置，起始频率为1MHz，终止频率为3GHz,步长为1MHz，设置完后的原理图如4-9所示。图4-9稳定性扫描原理图4.3.2稳定性分析仿真完成后在数据显示窗口中点鼠标右键，选择插入一个坐标图，然后弹出“PlotTraces&Attributes”对话框，选择要显示的StabFact1，点击【>>Add>>】然后点【OK】。此时会出现显示不同频率下稳定因子的坐标图，如图4-10。图4-10仿真结果从图中可以看出，在945MHz时，稳定因子K<1，功率管在整个带内部稳定。因此，必须添加稳定性措施。4.3.3稳定措施(1)单击工具栏中的，弹出“ComponentLibrary/Schematic”对话框，选择“RFPassiveSMTLibrary”的“SMTResistor”，然后选择“sr_avx_CR_10_K_19960802”电阻，将其添加到原理图上，如图4-11所示，再选择“Capacitor”将电容“sc_mrt_MC_GRM40C0G050_J_19960828”电容添加到原理图中。图4-11选择电阻电容(2)连接电路如图4-12，双击电阻电容，在弹出的参数设置对话框中，将电阻值该为15Ohm，将电容改为33pF。(3)重新仿真，结果如图4-13所示，可以看出，K>1，说明功率管在需要工作的点已经稳定图4-12添加稳定措施后的原理图图4-13改善稳定性后的曲4.3.4加入偏置电路加入偏置电路后的原理图如图4-14图4-14加了偏置后的原理图仿真后可以看到低端稳定性已经大为改善，功率管在高端也很稳定。4.4负载牵引设计Load-Pull4.4.1插入Load-Pull模板(1)在原理图窗口执行菜单命令【DesignGuide】中的【Amplifier】，弹出“Amplifer”对话框，如图4-15所示。选择“Load-Pull-PAE,OutputPowerContours”模板。(2)在新建的HB1Tone_LoadPull原理图中删除原有的砷化镓FET模型，替换为加入偏置后的MRF9045N的电路，并按图4-16所示进行修改图4-15Load-Pull模板选择图4-16修改后的原理图4.4.2确定Load-Pull的范围(1)对4-16的图进行仿真，弹出数据显示窗口，如图4-17图4-17仿真结果从图中可以看到，所需要的最大功率点和最佳效率点都不在计算范围内。因为功率圆和效率圆心均未显示出来，所以要改变计算的范围。(2)回到原理里图中，改变VA计算范围的设置，如图4-18所示(3)确定半径和圆心。执行菜单命令【DesignGuide】中的【Loadpull】，然后选择ReflectionCoefficientUtility，此时会弹出一个新的数据显示窗口，如图4-19所示图4-18Load-Pull圆公式图4-19确定Load-Pull圆依照最开始的仿真图，确定一个大概的圆心与半径的范围，经过调整使功率圆和效率圆的圆心均能显示，最后选择s11_center=-0.682+j*0.123，s11_rho=-0.308。为了使计算更精确，设置点数pts=500。4.4.3确定输出的负载阻抗(1)Load-Pull扫描参数确定后，再重新仿真，结果如图4-20所示。(2)用鼠标左键双击功率圆（蓝色）和效率圆（红色）可以改变线条粗细，将m1和m2移到圆心，即分别为最高效率和最大功率处，再分别双击m1、m2的标签，弹出“EditMarkerProperties”对话框，将Z。改为50。图仿真结果4-20(3)从仿真结果来看，最大效率是43.56%，最大功率是42.65dBm，而两个圆心不在一块，综合所得到的结果，为了使效率与功率都接近最佳，我们选择impedance=1.209+j*1.429作为MRF9045N在945MHz的输出阻抗。4.5运用Smith圆图进行匹配4.5.1匹配电路的建立(1)新建原理图并命名为“OutputMatch”，然后再元件面板列表中选择“SmithChartMatching”，从元件面板中调出匹控件，建立电路，如图4-21所示。因为要求对输出阻抗共轭匹配，所以负载电阻为1.209-j*1.429。图4-21OutputMatch原理图(2)执行菜单命令【Tools】中的【SmithChart】,弹出“SmartComponentSync”对话框，选择“UpdateSmithChartUtilityfromSmartComponent”选项。(3)点击OK进入史密斯圆图的匹配界面。将频率设置为0.945GHz，负载阻抗ZL为1.209-j*1.429，Zs为50Ω。(4)锁定阻抗后，将在史密斯圆图上出现一个圆圈代表阻抗所在的位置，然后点击左边Palette栏中的微带线以及电容标志，可以在圆图中绘制曲线，一直到达到匹配点位置为止。如图4-22所示。右上的图显示的是S11曲线，可以看出匹配良好，右下角的显示的是匹配电路。图4-22使用史密斯圆图进行阻抗匹配(5)单击“BuildADSCircuit”，将电路生成至SmithChat元件。(6)回到原理图，选择SmithChat元件，然后单击图标可以查看具体的匹配电路，如图4-23所示图4-23生成的输出匹配电路(7)MRF9045N的输出输入口均由最大为6.35*5.59的电极组成，所以，为了更好的匹配及方便焊接，该功率管的输入输出微带应该比电极大。为节约尺寸，采用分立件和微带混合的方式匹配。从成本考虑，介质基片采用Er=4.6的1mm厚的环氧玻纤板FR4。微带线的电角度与电阻值，长度与宽度，这两组数据知道任意一组都可以计算出另一组数据。执行菜单命令【Tools】，选择【LineCalc】，就可以再此计算微带。如图4-24所示图4-24MRF9045的微带的计算(8)添加S参数仿真控件，与MSub控件，对原理图进行仿真，观察S(2,1)的参数，可以发现匹配已经良好。图4-23图4-23完成匹配的原理图4.5.2用实际元件替换输出匹配电路(1)将原理图中的微带线用实际微带线替代，电容用库里所带的电容进行替换，然后再次进行仿真。结果如图4-24图4-24添加实际元件后的仿真结果从图中可以看出，放入实际元件后，参数有所恶化，但是很小，可以认为输出阻抗的匹配工作已经完成。4.6Source-Pull(1)在原理图窗口中，执行菜单命令【DesignGuide】中的【Amplifier】，弹出“Amplifier”对话框，选择“Source-Pull-PAE,OutputPowerContours”模板。单击OK出现名为“HB1Tone-SourcePull”的原理图，修改原理图，在功率管输出阻抗匹配电路，如图4-25所示。图4-25设置完成源阻抗匹配的电路(2)按确定Load-Pull参数的方法调整好Source-Pull的范围后，进行仿真，计算得出输入阻抗的值为1.69-j*1.9，如图4-26所示。(3)对输入阻抗进行共轭匹配，即匹配到1.69+j*1.9。在史密斯圆图中进行同前面所述一样的匹配，如图4-27(4)生成电路图，添加S参数仿真控件与MSub控件，如图4-28所示(5)用实际元件进行替换，然后进行仿真，结果如图4-29所示，从仿真结果来看输入电阻匹配良好。图4-26仿真结果图4-27源阻抗的史密斯圆图匹配图4-28完成匹配后的原理图图4-29仿真结果4.7电路优化设计4.7.1谐波平衡仿真(1)新建一个原理图，在原理图框中建立图4-30所示的原理图，在此采用谐波平衡仿真。设置漏极电压为28V，栅极电压为3.8V。工作频率为945MHz，扫描功率为-30dB-40dB。图4-30谐波平衡仿真的原理图图4-31未优化前的电路仿真结果其中，Gp-Gp[0]并不存在，需要在数据显示框中单击鼠标右键，选择insert里的plot，在里面选择Equations这一项，并在右边所示的框里双击一个项，在里面添加一个新的Gp-Gp[0]的函数即可以显示出结果来。从4-31的图中可以看出，在输入功率为30dBm时功放的输出功率、附加效率、1dB压缩点均不复合要求，增益也严重偏低。因此，必须对电路进行优化，以达到设计要求。4.7.2优化输入输出匹配网络(1)为了减小传输线因为带线宽窄不一致带来的不连续性，加入MTaper里的一个元件。但要注意MTaper的方向。在节点上连接3个器件且微带很宽的地方加入Mtee元件，如图4-32所示。在原理图中各器件都可以很好的按中心连接，但实际电路中是不可能的，要尽量根据实际情况搭建电路模型图4-32MTaper元件和Mtee元件为了完善电源偏置电路，加入了更多的去耦电容。(2)用鼠标双击所有的微带，进行如图4-33所示的优化设置，需要注意的是，优化的范围要合理否则可能会得不到正确的结果。图4-33微带线的优化设置双击输入输出匹配网络中的电容，选择优化设置如图4-34图4-34电容的优化(3)加入如图4-35所示的各种控件，并按图所示设定参数。图4-35优化参数设置(4)固定输入功率为30dB。注意不能再优化的同时进行功率扫描。应该先吧“HARMONICBALANCE”中的“SweepVar”关闭，即不赋值，然后再进行优化。等优化完成后单击将OPTIM控件关掉后将“SweepVar”改为“SweepVar=Pin”后再进行仿真，否则仿真将不能运行。优化方式选择为“Gradient”，最大优化次数为50次，输出功率优化目标OptimGoal1最小为47.5dBm，二次谐波抑制OptimGoal2为40dBm，同时改变偏置电路为微带混合型。(5)将修改后的电路进行优化仿真，多次试验后发现无法得出需要的结果。这是因为匹配网络的设置出现了些问题，要对电路进行少许的修改。修改后的图如4-36所示(6)继续第4步叙述的步骤，经过多次仿真后，得出最优的结果如图4-37所示图4-37优化完成后的电路参数从图中可以看出，在输入功率为30dBm时，该电路输出功率为46dBm，小信号增益为16dBm，功率附加效率为58.8%，1dB增益压缩率为0.739dB。满足设计要求。4.8印制电路板图4.8.1生成印制电路版图(1)将优化后的原理图另存为“PowerAmplifier_Symbol”，然后删除所有的控件、Term及电源，用Port代替，如图4-38所示(2)执行菜单命令【Layout】中的【Generate/UpdateLayout】弹出“Generate/UpdateLayout”对话框，如下图所示。图4-38模型的内部电路(3)不做改动，直接单击【OK】，就会自动生成印制电路板图，如图4-39所示图4-39本项目自动生成的印制电路版图结束语微波功率放大器是微波设备发信部分的一个最重要部件，是微波发信部分的“咽喉”，一旦发生故障就会影响微波通信的可靠信。因而微波功率放大器的优化和设计研究是一项非常重要的课题。当前世界无线通信发展迅速，对微波功率放大器研究的重要性日益显著，也备受人们的关注。本文对微波功率放大器的进行了设计。要求在输入0.945GHz的频率信号下，输出功率增益大于16dB，输出功率为1W。进而本文首先对大信号功率放大器的非线性性进行研究，并介绍了各种线性化技术的基本原理；随后又提出了各种大信号功率放大器的设计方法。然后根据给出的具体指标要求用等效负载牵引法设计研究，且用ADS软件进行优化仿真，经过一系列实验调试，所设计的放大器输出功率增益达到了17dB，较好地完成了0.945GHz微波功率放大器的电路设计，从工作中也发现还有需要进一步改进，以达到最初的设计要求。致谢在论文完成之际，我首先要向我的指导老师贾建科老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。老师有严谨的治学态度、忘我拼搏的敬业精神，他才思隽永、思维敏捷、知识广博、经验丰富。这些无时无刻都在影响着我，使我深受启发，是我学习的楷模。本文的工作从 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 论证，到电路仿真调试都是在老师的指导下完成的，老师深厚的理论功底，丰富的实际经验，孜孜不倦的教诲都使我受益非浅，也促成了本文的顺利完成。在此，请允许我再次向老师致以崇高的敬意和由衷的感谢！在此，我还要向我们组的同学致以深深的敬意，感谢他们一直对我的学习、工作、生活给予的关心、指导和帮助。最后特别感谢我家人一直以来给我信心、鼓励和支持。参考文献[1]樊建成。微波功率放大器非线性分析。微波与卫星通信，1995.pp43-47[2]C.Seymour.DevelopmentofSpacecraftSolid-stateHighPowerL-bandAmplifiers.IEEProceedings.Vol.133,July1986.pp326-338[3] H.Seidel.AMicrowaveFeedforwardExperiment.BellSyst.Tech.Jour.Vol.50,Nov.1971.pp2879-2916[4] Y.K.G.Hau,V.Postoyalko,andJ.R.Richardson.CompensationofAmplifierNonlinearPhaseResponsetoImproveWidebandDistortionCancellationofFeedforwardAmplifiers.Electron.Lett.Vol.33.No.6,1997.pp500-502[5] Y.Hauetal.SensitivityofDistortionCancellationinFeedforwardAmplifierstoLoopsImbalances.IEEEMTT-SInternationalMicrowaveSympostumDigest.June1997.pp1695-1698[6] Kumar,M.,etal.PredistortionLinearizerUsingGaAsDual-GateMESFETforTWTAandSSPAusedinSatelliteTransponders.IEEETrans.MicrowaveTheoryandTech.MTT-33.No.12.1985.pp1479-1499[7] SteveC.Cripps.RFPowerAmplifiersforWirelessCommunications,ArtechHouse.1999.pp280-281[8]廖四起、丁奂吾。C波段微波功率放大器的设计.1992.pp36[9]赵保经.微波集成电路.1995.pp216-218[10]赵国湘、高葆新。微波有源电路.pp225-227[11] 言华.微波固态电路. 北京理工大学出版社. 1995.pp6-50附录A：总电路图附录B:Duetotherapiddevelopmentofwirelesscommunication,tomeetthedifferentneedsofthecommunicationsystemarisesatthehistoricmoment,thedifferentcommunicationstandards,differentworkingmodesofavarietyofsystemsco-exist,tohumanlifebroughtgreatconvenience.Itishopedthatnotonlyacallcanbemadeinadifferentplace,butalsotheserviceofthenon-businessservicesuchasdataandfaxisrequired.Thesedemandtopromotetherapiddevelopmentofmobilecommunicationtechnologyandtheincreasingfrequencyofcommunication,communicationbandwidthincreases,equipmentuserapidrenewal,thecorecomponentofthemicrowavepoweramplifierisalsomoreandmorehigh[1-2].Broadbandmicrowavepoweramplifierwithlownonlineardistortionandgoodmatchingcharacteristics,becomesaveryimportanttypeofamplifiersinthemodernwirelessaccesstechnologyandremotecommunicationsystem.Overthepast10years,phasedarrayradarsystemshavedevelopedrapidlyinthefieldofmilitaryandcivilianareas..Inrecentyears,phasedarrayradar,especiallyactivephasedarrayradar,hasbeendevelopedrapidly,andthemainreasonisthattheradarperformanceisincreasing..Duetothemicrowavepoweramplifierinaradarsystemofheartfunction,andmicrowavepoweramplifierbecomekeycomponentsoftheconstraintsofthesystemperformanceandtheleveloftechnology,theadvantageofitsperformancewilldirectlyaffectthequalityofthewholesystem.1broadbandmicrowavepoweramplifiermatchingcircuit1.1broadbandmicrowavepoweramplifierinputandoutputmatchingcircuitforsinglestagepoweramplifier,mainlyisthedesignofinputmatchingcircuitandanoutputmatchingcircuit,andthedesignofmultistagepoweramplifierneedtodesignthestagematchingcircuit.Inthepoweramplifierdesign,theinputandoutputmatchingcircuitsarebasedonthespecialSetthematchingfunctionandfollowthedifferentdesignprinciples.Theinputmatchingcircuitisusedtorealizethematchingbetweentheamplifierinputportandasignalsource,itamplifierpresentsthecompleximpedancetransformandsignalsourceimpedanceconjugatematching,inordertoobtainthemaximumpowergainmatching.Theinputmatchingcircuitmainlysolvestheproblemssuchasstability,gain,gainflatness,inputstandingwaveandsoon..Theoutputmatchingcircuitisusedtocompletethematchingbetweentheoutputportoftheamplifierandtheload,andthemainfunctionoftheoutputmatchingcircuitistoimprovetheoutputpower,improvetheoutputpower,andsuppresstheharmonicoftheoutputoftheBobbi.Thus,thegainanditsflatnessaremainlysolvedbytheinput,andthegainofthemicrowavetransistoriscompensated..Theinputandoutputimpedancesofthemicrowavepoweramplifieraresmall,andonlyafewoftheorderofOhmare.Theinputimpedanceissmallerandtheimaginarypartischangedwiththefrequency..Sotheinputimpedanceofmicrowavepoweramplifierisrelativelylargeandthematchingcircuitishardtodesign..Intheguaranteeofthegainanditsflatness,itisdifficulttogetsmallerinputinBobbi,thebroadbanddesignismoreprominent[3].1.2matchingnetworkimplementation.Themainmethodsofthemicrowavepoweramplifiermatchingnetworkare:lumpedelementmethod,distributedparametermethod.Usingdistributedparametermethodtoachievetheimpedancematchingmethodmainlyinthefollowingthreeways:(1)aquarterwavelengthsteppedimpedancetransformer;IImicrostriptaperedlineimpedanceconverter;third,microstriplowpassimpedancefilterimpedanceconverter.1/4wavelengthsteppedimpedancetransformerusuallyrequiresimpedancechangeratioislessthan5,andthefrequencyrangeisnoteasytoowide,otherwisedifficulttomatch.Tapermicrostriplineandmicrostriplowpassfilterimpedanceconvertertwomethodsmatchingbandwidthiswide,smallvolume,especiallymicrostriplow-passfilterimpedanceconverter.Itnotonlyhasthenatureofthesteppedimpedancetransformer,butalsohastheadvantagesofcompactstructure,largestopbandattenuationtothedualroleoffilteringandimpedancetransformation.附录C:由于无线通信的飞速发展,满足不同需求的通信系统应运而生，不同通信 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 、不同工作模式的多种系统并存，给人类生活带来极大的方便。人们希望不仅能在不同地方进行通话，而且要求开展数据、传真等非话业务的服务。这些需求促使移动通信技术高速发展,通信的频率不断提高,通信的带宽逐渐增加,使用的设备快速更新换代，对于核心部件的微波功率放大器的要求也越来越高[1-2]。宽带微波功率放大器以其低非线性失真以及良好的匹配性等特点，成为现代无线接入技术和远程通信系统中的一种极为重要的放大器类型。在过去的10年里，相控阵雷达系统在军用和民用领域发展迅速。相控阵雷达特别是有源相控阵雷达近年来有了高速发展，推动其发展的主要原因是对雷达性能的要求日益提高。由于微波功率放大器在雷达系统中的心脏作用，因而微波功率放大器成为制约系统性能和技术水平的关键部件，其性能的优势将直接影响到整个系统的质量。1宽带微波功率放大器匹配电路1.1宽带微波功率放大器输入输出匹配电路对于单级功率放大器而言，主要是设计输入匹配电路和输出匹配电路，而设计多级功率放大器则还需要设计级间匹配电路。在功率放大器设计中，输入和输出匹配电路基于特定的匹配功能而遵循不同的设计原则。输入匹配电路是用来实现放大器输入端口与信号源之间的匹配，它把放大器呈现的复数阻抗变换为与信号源阻抗共轭匹配，以获得最大功率增益匹配。输入匹配电路主要解决稳定性、增益、增益平坦度、输入驻波等问题。输出匹配电路用来完成放大器的输出端口与负载之间的匹配，其主要作用是提高输出功率、改善输出驻波比和抑制谐波。因此，增益及其平坦度的问题主要放在输入端来解决，补偿微波晶体管的自身增益滚降。微波功率放大器的输入输出阻抗都很小，大概只有几欧姆的量级。其中输入阻抗更小，而且虚部随频率变化较大。因此微波功率放大器的输入阻抗变换比较大，匹配电路较难设计。在保证增益及其平坦度的同时很难获得较小的输入驻波比，宽带设计中此问题更加突出。1.2匹配网络实现微波功率放大器的匹配网络的实现途径主要有：集总元件法，分布参数法。利用分布参数法来实现阻抗匹配的方法主要有以下三种方法：①1/4波长阶梯阻抗变换器；②微带渐变线阻抗变换器；③微带低通阻抗滤波阻抗变换器。1/4波长阶梯阻抗变换器通常要求阻抗变化比小于5，且频率范围不易太宽，否则不易匹配。微带渐变线和微带低通滤波阻抗变换器两种方法匹配带宽比较宽，体积小，尤其是微带低通滤波阻抗变换器，它不仅具有阶梯阻抗变换器的性质，而且结构紧凑，阻带衰减大，可起到滤波和阻抗变换双重作用。