F類與逆F類功率放大器的效率研究

3 仿真結果分析
根據上述電路結構分別設計F類和逆F類功率放大器，功率管采用Cree公司的45 W GaN功率管CGH40045，其導通電阻Ron=0．3 Ω。為對兩種功率放大器效率做出客觀真實的比較，各方面參數應盡量保持一致，基板均采用Rogers公司的R05870，基板厚度為0．79 mm。工作偏置點選為VDS=28 V，VGS=-2．5 V，工作頻率1．5 GHz。
圖5和圖6為F類功率放大器與逆F類功率放大器增益和輸出功率隨輸入功率變化的曲線。圖5為兩者的增益圖，從圖中可以看出，兩者的增益基本相等，線性區增益約為16．5 dBm。圖6為兩者的輸出功率，從圖中可以看出，兩者的輸出功率變化曲線基本吻合，最大輸出功率約為55 W，在P1dB點處輸出功率約為45W。

在增益和輸出功率相等的前提下，進行漏極效率的比較，圖7為F類功率放大器和逆F類功率放大器，工作在1.5 GHz時的漏極效率隨輸入功率變化的曲線。由圖中曲線可以看出，逆F類功率放大器在輸入40 dBm時，漏極效率達到最大值91.8％，同時F類功率放大器的漏極效率為89.3％。從圖2可以看出，當Ron為0．3 Ω時，逆F類效率為96％，F類效率為93．6％。由于現實中無法實現理想的方波和半正弦波信號，因此仿真結果與計算結果有一定差異，但兩種模式之間的效率差異基本相等，證實了理論計算和仿真是一致的。

4 結束語
通過理論計算得出，在相同的工作偏置點和輸出功率下，因為功率管導通電阻的存在，逆F類功率放大器比F類功率放大器有更高的效率，并且隨著導通電阻Ron的增加，這種差異也隨之擴大。而針對GaN功率管CGH40045，分別設計了工作頻率在1．5 GHz的逆F類功率放大器和F類功率放大器，仿真結果與理論分析一致。