如何使用微波电路仿真软件ADS设计S频段功率放大器的详细方法说明

　　介绍了应用微波电路仿真软件 ADS 设计S 频段功率放大器的方法。该设计采用直流分析仿真确定功率管的静态偏置；对功率管进行负载牵引和源牵引仿真得到所需输出功率下的最佳负载阻抗和源阻抗，并综合设计出输入、输出匹配电路；最后采用谐波平衡法对整体电路进行仿真优化，使得增益、驻波、输出功率、谐波等性能指标均达到设计要求。

　　微波功率放大器在通信、雷达、电子对抗、遥测遥感等领域得到广泛应用。微波固态功率放大器具有体积小、工作电压低、稳定性高、良好的可重复性等优点备受青睐。本文介绍了一种基于EDA 技术分析设计S 波段微波固态功率放大器的方法，通过对功率晶体管的大信号模型进行直流分析仿真确定放大器的正确偏置；采用ADS 仿真软件中的负载牵引和源牵引模块仿真得到放大器所需输出功率的最佳负载阻抗 L_opt Z 和源阻抗S _opt Z ，并结合小信号S 参数特性设计出输入、输出匹配电路；最后对整体电路采用小信号法、大信号法仿真优化，使得放大器在通带内的增益、驻波系数、输出功率、谐波等性能满足设计目标。

　　功率放大器设计技术指标如下：工作频率范围（3.2GHz~3.4GHz）;饱和输出功率（40dBm）;输入、输出驻波比（ ≤ 2:1）；工作电压（12V）。

　　首先参考放大器的功率、耐压和工作频率及带宽选取适当的功率管，该设计选取的GaAs功率管在S 波段1dB 压缩点输出功率（ 1dB P ）典型值为10W，工作电压12V。

　　该功率器件的输入、输出端均未匹配，因此应精心设计满足匹配、带宽、驻波特性、输出功率等性能指标的输入、输出匹配网络。图1 所示为该功率放大器的原理框图，输入匹配电路对放大器输入端实数部分较小的复阻抗进行匹配，把放大器输入端的复阻抗变换为信号源阻抗的共轭值，实现输入共轭匹配，获得最大功率增益。输出匹配网络用来完成放大器输出端口与端接负载间的匹配，为了得到最大输出功率，输出匹配网络把负载阻抗转换为最佳负载阻抗L _opt 。由于功率放大器具有强的非线性特性，功率放大器的功率匹配和增益匹配有较大的差别，为实现增益平坦、电路稳定及输出功率等技术指标，功率放大器的输入、输出端会出现一定程度的失配。设计过程中最佳负载阻抗 L _opt和源阻抗S _opt可由负载牵引法P测量、仿真得到。