引 言

 

寬帶功率放大器的應用開始從軍用向民用擴展，目前在無線通信、移動電話、衛星通信網、   定位係統（GPS）

、直播衛星接收（DBS）、ITS通信技術及毫米波自動防撞係統等領域有著廣闊的應用前景，在光傳輸係統中
，寬帶功率放大器也同樣占有重要地位。

 

在無線通信
、電子戰、電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)測(ce)試(shi)和(he)科(ke)學(xue)研(yan)究(jiu)等(deng)領(ling)域(yu)，對(dui)射(she)頻(pin)和(he)微(wei)波(bo)寬(kuan)帶(dai)放(fang)大(da)器(qi)有(you)極(ji)大(da)需(xu)求(qiu)，且(qie)這(zhe)些(xie)領(ling)域(yu)對(dui)寬(kuan)帶(dai)放(fang)大(da)器(qi)要(yao)求(qiu)各(ge)不(bu)相(xiang)同(tong)，特(te)別(bie)是(shi)在(zai)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)和(he)電(dian)子(zi)戰(zhan)係(xi)統(tong)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)，對(dui)寬(kuan)帶(dai)低(di)噪(zao)聲(sheng)和(he)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)的(de)性(xing)能(neng)指(zhi)標(biao)有(you)特(te)殊(shu)要(yao)求(qiu)。在(zai)設(she)計(ji)上(shang)傳(chuan)統(tong)窄(zhai)帶(dai)放(fang)大(da)器(qi)的(de)端(duan)口(kou)匹(pi)配(pei)，一(yi)般(ban)是(shi)按(an)照(zhao)低(di)噪(zao)聲(sheng)或(huo)者(zhe)共(gong)扼(e)匹(pi)配(pei)來(lai)設(she)計(ji)的(de)，以(yi)此(ci)獲(huo)得(de)低(di)噪(zao)聲(sheng)放(fang)大(da)器(qi)或(huo)者(zhe)   的輸出功率。但是，在寬帶的條件下，輸入／輸(shu)出(chu)阻(zu)抗(kang)變(bian)化(hua)是(shi)比(bi)較(jiao)大(da)的(de)，此(ci)時(shi)使(shi)用(yong)共(gong)扼(e)匹(pi)配(pei)的(de)概(gai)念(nian)是(shi)不(bu)合(he)適(shi)的(de)。正(zheng)因(yin)為(wei)如(ru)此(ci)
，寬(kuan)帶(dai)放(fang)大(da)器(qi)的(de)匹(pi)配(pei)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)方(fang)法(fa)也(ye)與(yu)窄(zhai)帶(dai)放(fang)大(da)器(qi)有(you)所(suo)不(bu)同(tong)，寬(kuan)頻(pin)帶(dai)放(fang)大(da)器(qi)電(dian)路(lu)結(jie)構(gou)主(zhu)要(yao)可(ke)以(yi)分(fen)為(wei)以(yi)下(xia)幾(ji)種(zhong)：

 

平衡式放大器；反饋式放大器；分布式放大器；有耗匹配式放大器
；有源匹配式放大器
；達靈頓對結構。各種結構都有各自的特點和適用的情況

，在設計中應當根據具體放大器的性能指標要求進行合理的選擇。

 

 

1 寬帶功率放大器的結構與原理

 

1．1 寬帶功率放大器的指標分析

寬帶功率放大器的許多指標和普通的功率放大器是一樣的，如飽和輸出功率、P1dB壓縮點、功率效率、互調失真、諧波失真、微波輻射等，但寬帶功率放大器也有特殊之處。

 

1．1．1 工作頻帶寬度

工作頻帶通常指放大器滿足其全部性能指標的連續工作頻率範圍。

 

1．1．2 增益平坦度與起伏斜率

增益平坦度是指頻帶內   增益與   的分貝數之差，多倍頻程放大器的增益平坦度一般是±1～±3 dB。在zai微wei波bo係xi統tong中zhong有you時shi候hou需xu要yao兩liang個ge以yi上shang的de寬kuan頻pin帶dai放fang大da器qi級ji聯lian，級ji聯lian放fang大da器qi的de增zeng益yi平ping坦tan度du將jiang變bian壞huai，這zhe是shi由you於yu前qian級ji放fang大da器qi輸shu出chu駐zhu波bo比bi與yu後hou級ji放fang大da器qi輸shu入ru駐zhu波bo比bi不bu一yi致zhi造zao成cheng的de。尤you其qi在zai寬kuan頻pin帶dai內nei，級ji間jian的de反fan射she相xiang位wei有you時shi迭die加jia，有you時shi抵di消xiao
，增zeng大da了le起qi伏fu，因yin此ci一yi般ban要yao在zai級ji聯lian放fang大da器qi的de級ji間jian加jia匹pi配pei衰shuai減jian器qi。環huan境jing溫wen度du、直流偏置電壓以及時間老化等因素對增益值影響較大，而對增益平坦度的影響較小。

 

1．1．3 駐波比與反射損耗

寬頻帶放大器的駐波比指標比窄頻帶放大器更難保證。倍頻程放大器可以達到VSWR《2

，當要求較高時，可以用鐵氧體隔離器改善駐波比。但是，在多倍頻程的情況下


，無法獲得適用的超寬頻帶隔離器
，所以駐波比不可能很好。

 

1．2 LDMOS

Lateral Double diffusion MOS（LDMOS）采用雙擴散技術，在同一窗口相繼進行兩次硼磷擴散，由兩次雜質擴散橫向結深之差可   地決定溝道長度。溝道長度L可以做得很小
，並且不受光刻   的限製。由於LDMOS的短溝效應，故跨導、漏極電流、工作頻率和速度都比一般MOSFET有了很大的提高；在射頻應用方麵，LDMOS有著更好的線性度、較大的線性增益
、高的效率和較低的交叉調製失真。同時，LDMOS是基於成熟的矽工藝器件，比起其他的微波晶體管成本可以降低好幾倍。

 

1．3 有耗匹配式放大器的結構

有耗增益補償匹配網絡在增益
、放射係數和帶寬之間可完成“重要”dezhezhong，erqie，zhezhongpipeiwangluodezukangtexingyekegaishanfangdaqidewendingxing
，jianxiaotadechicunhejiage
，yinweiyouhaopipeidianludefanganjiandan。zaihenduoshijiqingkuangzhong，weilegaishankuandaipipei——具有   的(de)增(zeng)益(yi)波(bo)動(dong)和(he)輸(shu)入(ru)反(fan)射(she)係(xi)數(shu)，在(zai)晶(jing)體(ti)管(guan)輸(shu)入(ru)端(duan)並(bing)聯(lian)阻(zu)性(xing)元(yuan)件(jian)是(shi)非(fei)常(chang)有(you)效(xiao)的(de)。對(dui)較(jiao)高(gao)頻(pin)率(lv)，使(shi)用(yong)感(gan)性(xing)電(dian)抗(kang)元(yuan)件(jian)與(yu)電(dian)阻(zu)串(chuan)聯(lian)比(bi)基(ji)本(ben)型(xing)具(ju)有(you)額(e)外(wai)的(de)匹(pi)配(pei)改(gai)善(shan)。對(dui)於(yu)寬(kuan)帶(dai)有(you)耗(hao)匹(pi)配(pei)MOSFET高功率放大器，   使用串聯集中參數電感，本設計使用的結構如圖1所示。在電阻上並聯一個電容可以在頻帶的高端提升功率增益。

 

寬帶功率放大器的結構原理和如何實現應用設計

 

1．4 寬帶阻抗匹配電路

在利用有耗匹配網絡使增益平坦，同時解決穩定問題後，就需要把管子的輸入和輸出阻抗匹配到50 Ω
，這就要用到寬帶的阻抗匹配電路了。在設計輸入阻抗匹配電路時需要考慮穩定、增益
、增益平坦、輸入駐波比等
，在輸出匹配電路設計時需要考慮諧波抑製
、輸出駐波比

、損耗等，在設計輸出匹配電路之前，要仔細分析是按   功(gong)率(lv)輸(shu)出(chu)還(hai)是(shi)額(e)度(du)功(gong)率(lv)輸(shu)出(chu)來(lai)選(xuan)擇(ze)輸(shu)出(chu)阻(zu)抗(kang)參(can)數(shu)，以(yi)便(bian)於(yu)得(de)到(dao)需(xu)要(yao)的(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)。在(zai)設(she)計(ji)中(zhong)，選(xuan)擇(ze)微(wei)帶(dai)和(he)電(dian)容(rong)組(zu)合(he)的(de)混(hun)合(he)匹(pi)配(pei)電(dian)路(lu)，電(dian)路(lu)結(jie)構(gou)為(wei)n個r型電路串聯而成。

 

2 寬帶功率放大器的設計仿真及優化

項目要求設計的功率放大器工作頻段為700～1100 MHz，增益大於30 dB，端口駐波比小於1．5
，輸出功率大於33 dBm

，增益平坦度為±1 dB。為了達到設計要求，采用兩級放大形式
，前級放大器采用MMICPower Amplifier HMC481MP86
，中間加入一個6 dB的電阻衰減器，末級采用飛思卡爾公司的LDMOS場效應晶體管MW6S004N。

 

2．1 寬帶功率放大器的電路圖

圖2中前級放大器MMIC Power AmpliFier HMC481MP86采用廠家提供的大信號S參數文件HMC481MP86 deembedded．s2p來代替仿真，末級采用飛思卡爾公司提供的LDMOS功率管模型
，其輸入和輸出的阻抗值均由使用ADS的負載牽引法得到
，在匹配時要全麵考慮整個頻段內各個頻率點處的阻抗值。

 

2．2 ADS仿真與優化結果

圖3（a）為S21的曲線，在輸入為0 dBm的情況下，功率增益有34 dB，達到設計要求的增益大於30 dB；在輸出功率大於33 dBm，從圖3中的幾個點可以看出，增益平坦度在±1 dB；圖3（b）為穩定性係數；圖3（c）為輸入駐波比；圖3（d）為輸出駐波比。

 

2．3 測試結果

實物測調試
，使用頻譜儀來測量功率，使用網絡分析儀來看整個頻率段的增益平坦度和輸入、輸出駐波比
，並根據客戶要求在輸出端口後加入一個隔離器。在輸入信號功率為O dBm情況下
，測試數據如表1所示。

 

3 結 語

寬kuan帶dai功gong率lv放fang大da器qi有you著zhe廣guang闊kuo的de應ying用yong前qian景jing，設she計ji要yao求qiu也ye不bu同tong於yu一yi般ban的de功gong率lv放fang大da器qi，對dui阻zu抗kang匹pi配pei的de要yao求qiu也ye更geng加jia嚴yan格ge。文wen中zhong通tong過guo采cai用yong有you耗hao匹pi配pei網wang絡luo改gai善shan功gong率lv管guan的de增zeng益yi平ping坦tan度du問wen題ti，使shi得de阻zu抗kang匹pi配pei電dian路lu的de結jie構gou變bian得de簡jian單dan。整zheng個ge功gong率lv放fang大da器qi的de指zhi標biao均jun達da到dao用yong戶hu的de設she計ji要yao求qiu，已yi經jing交jiao付fu使shi用yong。