孫鳳義　鄭燕　翟冰

摘 要：本文首先提出了寬帶固態(tài)功放設計原理，然后重點講敘了電路設計與仿真，最后介紹了測試方法與測試結果。

關鍵詞：固態(tài)功率；放大器；設計

中圖分類號：TN722 文獻標識碼：A

目前，電真空器件、半導體器件以及電真空與半導體器件是雷達和電子對抗發(fā)射系統(tǒng)中所采用的主要功率器件。與這三件功率器件相比，寬帶固態(tài)功率放大器（由寬帶半導體功率器件實現(xiàn)）具有工作電壓低、工作時間長、開機速度快等優(yōu)越性，因此，它的廣泛使用能夠改善傳統(tǒng)器件在惡劣環(huán)境中工作效率低的局限性。與此同時，在雷達技術高速發(fā)展的推動下，輸出功率及瞬時帶寬的高要求對于寬帶固態(tài)功率放大器來說，也將是一個新的技術瓶頸。除此之外，僅依靠經(jīng)驗的積累與調試來完成大功率放大器電路設計，并實現(xiàn)輸入輸出的寬帶與電路網(wǎng)絡協(xié)調一致，從一定程度上來講，這是不太現(xiàn)實的，因為其不僅會加大設計工作的難度，影響設計效果，而且還會增加設計成本，造成不必要的資源浪費。為了改善這個局面，高效ADS軟件應運而生，該軟件的使用，不僅可以簡化設計與調試步驟，而且可以降低研發(fā)成本，提高經(jīng)濟效益。

本文筆者依據(jù)已有的經(jīng)驗，利用ADS軟件進行寬帶固態(tài)功率放大器的設計，首先提出了寬帶固態(tài)功放設計原理，然后重點講述了電路設計與仿真，最后介紹了測試方法與測試結果，這對寬帶固態(tài)功率放大器的設計研究具有指導意義。

一、寬帶固態(tài)功放設計原理

概括地說，選擇的功放設計方案既要考慮到設備小型化、模塊化的實際情況，又要符合既定的技術指標，為了達到這個要求，可考慮國際上的流行做法，即通過MMIC集成電路實現(xiàn)前級的增益，利用分離式結構實現(xiàn)末級所需的高功率。除此之外，為了電路更方便集成，選用目前已經(jīng)廣泛推廣的微帶結構形式作為電路的基本形式。放大器的具體組成如圖1所示。

更確切地說，選用的放大器要能夠實現(xiàn)增益的目標，且工作頻率要較為適宜，最好能夠實現(xiàn)輸入輸出內匹配，保障放大器前級增益最大化。與此同時，選用的放大器的后級（第二級），也要滿足高輸出功率的要求，并適當在輸入、輸出端加入相應的隔離器，以防止自激與保護功放芯片。

二、電路設計與仿真

1 直流仿真

在功放電路的設計過程中，選擇合適的靜態(tài)工作點是最為關鍵的一個環(huán)節(jié)，因此，采用直流仿真分析被測電路的直流工作點特性是十分有必要的。

2 單級放大器仿真

為了達到最佳的設計效果，在充分考慮電路性能的基礎上，采用分布元件設計電路，并在設計之前，先進行電路初步優(yōu)化（主要通過集總元件來實現(xiàn)），再進行電路的最終優(yōu)化（主要通過分布元件來實現(xiàn)）。與此同時，在設計過程中，優(yōu)先匹配中心頻帶放大器的頻率，再以此為基礎，匹配整個寬帶功率放大器的頻率；為減少帶內幅度波動，實現(xiàn)所需的頻帶，選擇的匹配電路應具有較低的Q值。

3 放大器整體仿真

目前，超寬帶工作的功率器件的輸出功率已難以達到高輸出功率的要求，只有通過平衡式的方式才能沖破這個局限。除此之外，采用平衡式的方式還能保證功放模塊具有低的輸入、輸出駐波系數(shù)，節(jié)省隔離器，這是因為：輸入、輸出的3dB電橋兩路輸入信號相位相差90度，若其間接入兩路反射型的放大器，那么反射功率就會相互抵消，從而為各個功放模塊之間的連接提供了便利（不需要使用隔離器就能實現(xiàn)）。

三、測試方法

1 版圖設計

版圖設計位于電路圖設計之后。利用ADS版圖中層的定義；并選擇LAYOUT完成版圖的設計。在設計過程中，實際的電路版圖形式可通過原理圖轉化得到（主要通過LAYOUT軟件實現(xiàn)），同時版圖大小、形狀也可通過該軟件來予以設計。

2 測試方法

采用agilent E8257D產(chǎn)生輸入激勵信號，E8257D的輸出信號雜波抑制性及輸出功率與測試要求較為吻合。采用agilent E441SB采集輸出信號，且在輸入到功率計前采用大功率衰減器，以滿足放大器高輸出功率要求。

四、結果分析

測試結果表明，當漏極電流為較低時，功率器件的工作電壓最佳，此時輸出功率，增益及增益平坦度均處于最佳值。從上述測試結果來看，工作電壓高及工作電流小是寬帶功率器件最大的優(yōu)勢。一般而言，工作電流越小，電源供電帶來的損耗也就越低，因此，減少工作電流，有助于提高電源供電效率，從而使得器件得到大面積的推廣。

結論

上述仿真結果與實際測試結果顯示：在高頻帶各項性能的設計結果與測試結果存在細微差別，這可能與測試過程有關，其他各項性能均能高度吻合。這就說明，在對固態(tài)功率放大器進行設計時，采用ADS軟件進行仿真與優(yōu)化，不僅會減少誤差，而且可以簡化設計步驟，提高設計的效率，因此，ADS軟件將受到微波電路設計師們的喜愛。

參考文獻

[1]蔣擁軍，潘厚忠.S波段超寬帶固態(tài)功率放大器的研制[J].微波學報，2005（21）：101-103.

[2]楊國敏，肖高標.射頻低噪聲放大器電路結構設計[J].電子測量技術，2006，29（01）：1-2.