功率放大器的输入、输出阻抗匹配的实现步骤

功率放大的输入、输出阻抗匹配的实现步骤

阻抗匹配电路决定了功率放大器输出至负载的最大功率，是功率放大器电路设计中重要的一个环节。

1、为了对功率放大器电路进行输出匹配，继续创建”PA_MATCH”的原理图，将”PA_BIAS”中的电路图进行复制

2、从”Smith Chart Matching”元件面板中选择“DA_SmithChartMatch”控制器插入原理图中，如图所示。

3、对SmithChart参数进行设置进行设置

4、在原理图菜单栏“Tool”中选择“Smith Chart”，调出“Smith Chart Unity”并设置参数。

5、根据第4步得到Smith Chart Utility

对输入输出阻抗进行设置

自动生成电路，选择最下边的Auto 2-Element Match按钮

这时出现两种自动匹配的网络电路，选1种

选中其中的一个，选中之后会发现Network Hierarch 里面的结构和以前不一样了，自动生成了匹配电路。

返回原理图之后，选中DA_SmithChartMatch右击，选择push into Hierarch按钮，可以查看其内部电路。

内部电路如下，可以看出它的匹配的电容和电感，以及它的结构，如下图所示。

这样就完成了输出阻抗的匹配。

6、完成输出阻抗的匹配之后，还要继续进行输入阻抗的匹配。先看看仿真结果，双击S参数仿真控制器，对S参数仿真控制器进行设置。同时在Parameter栏中，在“Z-Parameter”前打勾，将Z参数扫描纳入仿真范围。

7、仿真，显示，z（1，1）

对要显示的数据，输入阻抗的实部和虚部，进行添加

这个就是输入阻抗的仿真结果。

7、进行输入阻抗匹配，从“Smith Chart Matching”元件面板中选择“DA_SmithChartMatch”控制器插入原理图中，组成的电路图如下。

对参数进行设置

用Smith Chart Utility进行计算

这样就完成了输入阻抗的匹配

8、完成了输入输出阻抗匹配之后即可对电路参数进行扫描。

S参数及谐波平衡仿真

完成所有原理图电路的建立之后，就可以对功率放大器进行性能参数仿真了。

1、创建名称为“PA_S_HB”的原理图，insert->template选择HB1Tone，这个是谐波仿真模板。

2、将“PA_MATCH”中的电路复制到“PA_S_HB”中。

3、对HB仿真控制器进行设置，设置其扫描参数是RFpower，扫描范围是0~30dBm，步长为0.2dB.

4、设置完成之后，进行仿真，得到下面的仿真图形。

5、继续进行显示：a、[Rectangular Plot]按钮，插入一个矩形图，在弹出的“Plot Traces&Attributes”对话框中双击“Vout”，在弹出的对话框中选择“Fundamental tone in dBm over all sweep values”，单机[ok]按钮完成基波随输入功率变化的曲线。

b、再插入一个矩形图，在对话框“Datasets and Equations”中选择“Equtions”，然后再下面的选择栏中双击“P_gain_transducer”

c、继续添加两个矩形框，分别显示S(1,1)和S(2,1)，分别对900MHz做标记，可见S(2,1)在900MHz时增益是12.67，而反射系数却达到-1.05，这个并不理想，因此还需要对电路进行优化设计。

电路性能的优化

1、对电路进行优化设计，与之前一样，在原理图窗口中选择“Optim/Stat/Yield/DOE”元件，选择一个优化控制器插入原理图中，添加两个优化目标

对两个优化目标进行设置

2、将输入匹配的电感和电容分别改为L1和C1作为优化对象，同时在原理图中加入一个变量控制器，并进行设置，这些初始值都是最开始的初始值。

3、进行优化仿真，更新数据之后进行仿真的结果如下：

可以看到，经过优化之后，在900MHz时，S(1,1)和S(2,1）均有所提高，虽然S(2,1）没有达到20db，但是很接近20db。从频谱可以看出，功率放大器在900MHz时输出最大功率谱信号，1dB点输出功率达到30dBm，增益19.328dB。

好了，关于功率放大器就到这里了，内容有点多，从明天开始就要学习低噪声放大器的设计。

这里再来总结一下关于功率放大器设计的一个基本的过程：1、确定设计指标，选择工艺和模型，并添加到工程的库中；2、根据功率放大器的要求和晶体管特性确定静态工作点，并进行稳定性分析；3、对电路进行设计，包括偏置电路的设计、阻抗匹配，这里要用到loadpull和source工具；4、对电路进行仿真，分析曲线并进行优化改进。