MRF284在功率放大器中的仿真设计

1  引言
功率放大器在当前无线通信中占居极重要的地位，随着现代复杂调制技术的发展，系统要求功率放大器高线性、高效率。本文介绍了Freescale公司功率放大管MRF284在某功率放大器设计过程中的设计思路，给出了仿真结果和部分实际电路。
 
功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率,在保证发信链路的增益和输出功率的前提下，同时要求有较高的线性性能和较高的效率。尽可能地提高输出功率与效率是主要设计中主要考虑的问题。
 
2  选择功率放大管MRF284
末级功率放大级是整个功率放大器的重要组成部分，选择末级功率放大管尤为重要。末级功率放大电路可采用甲、乙类场效应管线性放大电路，甲类场效应管线性高，乙类场效应管效率高。我们选用了甲乙类LDMOS场效应管MRF284做为末级的功率管，综合考虑了在功率输出和线性的前提下，保证效率。
 
3  功率放大管RMF284的仿真设计
运用Agilent公司ADS软件对MRF284功率放大管的进行了设计和仿真分析，给出了MRF284在某功率放大器中做为末级的直流工作点、输出功率、效率和幅频特性仿真结果。
 
3.1  直流工作点分析
由于末级放大产生的工作电流正常情况下占据功率放大器总电流的百分之八十以上，电流的大小直接影响效率，因此，放大管直流静态工作点的设置是不容忽视的。MRF284直流分析如图1所示，根据功率放大器各项指标综合考虑，选择VDS=26 V，VGS=4.1 V，静态电流I=250 mA。
 
3.2  负载牵引非线性仿真与分析
1）确定最优负载阻抗
首先，采用ROOT_MODEL功率管非线性模型，使用负载牵引法确定最优负
载阻抗。负载牵引仿真原理如下：
仿真结果将负载阻抗确定在功率附加效率等高线上，得到最大功率时的负载阻抗，由于功率放大器的工作频带较宽，匹配电路不能仅针对某个频点最佳负载阻抗进行优化，而要全频带优化。这就要求确定最佳负载阻抗时多仿真一些频点。
 
 
图1  RMF284静态工作点分析
 
图2  负载牵引原理图
 
2）最佳输出能力
预先设置好实际使用的工作频率、功率和效率，非线性仿真得到最佳输出能力如图3、图4、图5所示。