一种快速有效的宽带功率放大器匹配电路设计与实现一种快速有效的宽带功率放大器匹配电路设计与实现
摘要： 针对LDMOS宽带功率放大器匹配电路设计， 提出了一种快速、有效的方法。采用多节并联导纳匹配法
得出宽带匹配电路的初始值后， 利用ADS软件对匹配网络的S参数进行优化。仿真结果为： 在频率范围为1. 3
GH z~ 2. 3 GH z内， 两端口的反射系数均小于- 25 dB, 匹配网路的传输系数接近0 dB。为实现更好的阻抗匹
配， 再用ADS优化匹配网络， 使其阻抗值更接近功率晶体管的实际输出阻抗值。此方法对快速有效地设计宽带
功率放大器匹配电路有着很好的借鉴作用。宽带功率放大器除在军用领域外， 在无线通信、移动电话、卫星通
信网、定位系统、直播卫星接收、毫米波自动防撞系统、光传输系统等领
摘要：摘要： 针对LDMOS宽带功率放大器匹配电路设计， 提出了一种快速、有效的方法。采用多节并联导纳匹配法得出宽带
匹配电路的初始值后， 利用ADS软件对匹配网络的S参数进行优化。仿真结果为： 在频率范围为1. 3 GH z~ 2. 3 GH z内， 两
端口的反射系数均小于- 25 dB, 匹配网路的传输系数接近0 dB。为实现更好的阻抗匹配， 再用ADS优化匹配网络， 使其阻抗
值更接近功率晶体管的实际输出阻抗值。此方法对快速有效地设计宽带功率放大器匹配电路有着很好的借鉴作用。
宽带功率放大器除在军用领域外， 在无线通信、移动电话、卫星通信网、定位系统、直播卫星接收、毫米波自动防撞系
统、光传输系统等领域都有着广阔的应用前景。
LDMOS功率晶体管较其它微波晶体管有着很好的热稳定性， 频率稳定性， 更好的线性度， 较大的线性增益， 更高的效
率和较低的交叉调制失真。同时， LDMOS 是基于成熟的硅工艺器件， 成本较其它GaAs等器件低很多。因此， LDMOS 特别
适用于新一代移动通信系统基站中的功率放大器。
阻抗匹配是微波功率晶体管放大器的设计关键， 合适的阻抗匹配网络可以实现通频带内的功率传递效率。即将晶体管放
大器的输入阻抗与信号源的内阻实现共轭匹配； 晶体管放大器的输出阻抗与负载阻抗达到共轭匹配。前级晶体管的输出阻抗
与后级晶体管的输入阻抗实现共轭匹配。
在阻抗匹配的并联导纳法中， 其所达到的阻抗匹配仅限于在工作频率附近能达到的较好匹配。若工作频率改变， 微波晶
体管输入、输出阻抗（或导纳）都会产生相应变化。因此要保持在较宽的工作频带内具有良好的共轭匹配， 就要采用多节并
联导纳匹配法。其过程是将晶体管在不同工作频率上测得的导纳值描在导纳圆图上， 按频率顺序由低至高， 将导纳值连成一
条曲线。设计时， 据此曲线选用多个并联导纳， 从不同位置接入， 以实现在较宽频带内的共轭匹配。
假设并联电纳多接入点离晶体管的距离为l, 那么在不同工作频率时， 晶体管导纳值沿各自等驻波系数圆转到并联电纳接入
点所旋转的波长数l / λ g是不同的l / 长< l / λ短。即在整个工作频带内， 高于中心频率的各点导纳值比低于中心频率的各点导
纳值沿各自的等驻波系数圆移动距离所走过的波长数大。这样， 从微带线上的一点转换到另一点， 其导纳值随波长的变化轨
迹与原来的不同。这表明， 在整个工作频带内晶体管导纳值变化的轨迹曲线， 在接入一段微带线之后， 在频段高端和低端得
到不同的伸缩， 由此可使导纳曲线变换到靠近圆图的中心， 接近于匹配点， 从而达到宽带匹配的目的。
1 设计思路设计思路
因输入输出匹配电路设计方法相似， 故在此仅以LDMOS晶体管放大器MRF281Z输出匹配电路设计为例， 采用多节并联
导纳匹配法得出宽带阻抗匹配网络的初始值， 再结合基于矩量法的ADS 软件对目标进行优化， 从而快速有效地实现晶体管放
大器的宽带阻抗匹配。
2 负载牵引法获得输出阻抗负载牵引法获得输出阻抗
负载牵引法的原理就是放大器在大信号电平激励下， 通过连续变换负载测试输出功率， 然后在Sm ith阻抗圆图上画出等
功率和等增益曲线。这样就可以选择适当的输出阻抗， 准确设计功率放大器，达到所需的增益和输出功率。
晶体管MRF281Z在1. 4 GH z到2. 2 GHz的各频点的输出阻抗经用ADS 负载牵引后的得到的负载阻抗为表1。
表1 晶体管MRF281Z的输出阻抗
3 多节阻抗匹配网络设计多节阻抗匹配网络设计
为了向负载传送功率或者使微波电路系统、传输系统处于或接近行波状态， 需要用共轭匹配网络。匹配网络对于放大器
的驻波比、功率增益、输出功率等性能指标都有着决定性的制约。
在共轭匹配的条件下， 得到传输功率， 在这里我们取频率f = 1. 8 GHz的输出阻抗Z out= 7. 807+ j 6. 626的共轭阻抗
Z*out = 7. 807- j 6. 626作为我们匹配端口的阻抗， 在Sm ith 圆图中采用共轭匹配法进行四节微带线匹配（如图1、图2所
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