基于负载牵引技术的射频功率放大器设计

　　2 负载牵引技术的应用

　　负载牵引技术可以由实际丈量系统[2][3]和高频电路设计辅助软件[4]][5]两种方式实现，但 是搭建一个负载牵引丈量系统的本钱相当之大，而且不易实现，本文采用ADS 软件对上面 所设计的功率放大器使用负载牵引(Loadpull)技术有规则的搜寻史密斯(Smith)圆图上的 每个区域，确定最佳负载的阻抗值;然后设计输出匹配网络，将实际负载阻抗(通常为50Ω) 变换到最佳负载阻抗。负载牵引技术应用于功率放大器的设计如图2 所示，中间的电路模块 是在图1 放大电路的基础上引进了巴伦从而使得信号单端输进单端输出。

　　负载牵引结果如图3 所示，同一条等高线代表的是相同的输出功率，越趋向于中心点，输出功率越大，最中心点为最大输出功率，这是一个不断收敛的过程。等高线输出功率公式如下：

　　上式中，Pdelmax 为最大输出功率，contour[6]是软件中自带的等高线函数，由此公式可以得到以Pdelmax 为中心、Pdel_step 为步进的等高线，如图3 所示。

　　对应于最大输出功率的负载即为最佳负载，由图3 可知，此次设计的功率放大器的最佳负载阻抗为(39.142+j9.092)Ω

　　接下来设计输出匹配网络使实际负载与最佳负载形成共轭匹配，从而使输出功率最大化，使用Smith 圆图做匹配。

　　3 整体仿真

　　输出阻抗匹配网络做完后再做输进匹配网络，将输进阻抗匹配到端口阻抗(50Ω)，输进匹配网络的主要目的是要提供够高的增益，这与输出匹配网络是为了达到所要求的输出功率 不同。S 参数中S11 表征输进匹配情况，S21 表示增益，仿真结果如图4 所示，由此可以看 出输进匹配较好且增益基本符合要求。

　　最后使用增益压缩仿真，得到输进1dB 压缩点约为-9dBm，在1dB 压缩点处的输出功率以及功率附加效率如图5 所示，这种结果满足指标要求。

　　4 总结

　　本文描述了5.2-GHz WLAN 的射频功率放大器的设计方法，首先设计放大电路，接着利用负载牵引技术找到能使输出功率最大化的最佳输出阻抗，以此为依据利用ADS 软件中的Smith 圆图设计输出匹配网络，然后再做输进匹配，输进匹配目的是提供够高的增益，最后进行整体优化、仿真，得到增益、输出功率以及功率附加效率(PAE)等性能参数，能够满足系统要求。