一种2.65GHz高效电流模式D类功效放大器设计

2CMCDPA电路设计与仿真

　　针对上述理论分析，我们采用Cree公司的GaN HEMT晶体管CGH40006P设计了一种新型高效CMCDPA。GaN HEMT晶体管因为具有高电子迁移率、高功率密度、高击穿电压等特性，已经被广泛应用在高效率、高功率射频PA中。

CMCDPA 需要在输入端和输出端实现平衡和非平衡信号的转换，因此需要选取合适的功率分配器与功率合成器，本文设计的CMCD PA选取了Anaren公司的巴伦3A625，其工作频率为2.3~2.7GHz，满足本设计的要求。

　　根据理论分析，CMCD PA应偏置在B类的工作状态，通过直流仿真发现CGH40006P的开启电压约为-3.3V，考虑到晶体管的稳定性，我们将CMCD PA晶体管的栅极电压偏置在-3.4V，漏极电压偏置在典型的28V。

　　CMCD PA高效率的关键在于输出谐波匹配电路的设计，该PA的输出匹配电路结构采用了开路枝节微带线的结构，其电路原理图如图3所示。其偏置电路采用了传统的λ/4(90°)微带线结构，其不仅能够为晶体管提供稳定的偏置电压，并且在2次谐波和4次谐波时能够实现阻抗的短路，经过后续电路的阻抗变换，实现了在晶体管漏极偶次谐波的开路;电路中的λ/12(30°)和λ/20(18°)开路枝节微带线分别在3次谐波和5次谐波时实现了阻抗的短路，经过后续电路的阻抗变换，实现了在晶体管漏极奇次谐波的短路。

　　CMCD PA电路的整体电路原理图如3所示，输入电路同样采用了开路枝节微带线的结构，偏置电路采用了传统的λ/4微带线，匹配电路采用了简单的L枝节匹配，同时输入电路采用了RC并联网络和并联到地的大电阻来提高电路的稳定性。

　　该PA的电磁仿真结果如图4和图5所示，图4为晶体管漏极电压电流波形和频谱，从频谱中可以看出该PA实现了晶体管漏极偶次谐波的开路和奇次谐波的短路，漏极电流近似为方波，漏极电压近似为半正弦波;图5为CMCD PA的效率和输出功率曲线，在28dBm输入时，输出功率为40.3dBm，PAE为73%。

3 总结

　　本文分析了CMCD PA的基本原理和设计方法，提出了一种新型的高效CMCD PA结构，并采用GaN HEMT晶体管设计了一个工作在2.65GHz的高效CMCD PA，其在EM联合仿真中具有12.3dB的功率增益、40.3dBm的输出功率和73%的PAE。