S波段固態功率放大器的仿真設計

4 散熱和屏蔽盒的考慮

一般微波功率放大器的功率附加效率較低(20%一40%)，未轉化成射頻功率的直流功率部分在功率管內部以熱的形式散放出來，功率放大器正常工作時，功率管的溫度會急劇升高。為了保證固態功率放大器穩定可靠的工作，應將功率管自身的熱量及時排散掉，使芯片的溫度保持在允許最高結溫以下，這就要求具有較強的散熱能力。本文通過對功率管的法蘭溫度進行理論分析和計算，分析并得出放大器穩定工作時能承受的最高管殼溫度和法蘭溫度，從而結合實際進行功率放大器的散熱設計。

功放屏蔽盒主要起電屏蔽的作用，應滿足一定的電磁兼容條件，盡量減小功放電路的微波輻射信號對整個電路的影響。通常把微帶電路(包括有源和無源器件)放入盒體中，工作在其截止頻率以下，將會減小微波元件由于輻射信號造成的影響(如減小反饋、增益波動以及改善隔離度等)。本文設計的S波段功率放大器，其工作頻率半波長約為5cm，為避免盒體內產生波導傳輸效應，盒體的橫向寬度設計為5cm左右，并且根據實際電路結構把電源部分和射頻部分用金屬隔板隔開，射頻部分腔體寬度約為2.5cm。根據實際器件尺寸在HFSS軟件中對腔體尺寸進行仿真優化，設計好的功放盒體的結構模型。

5 功率放大器的仿真

本文利用Agilent ADS軟件對180W功放進行仿真，仿真得到電路的大信號增益特性如圖1、圖2所示，輸入36dBm功率信號,在2.0～2.3GHz頻帶范圍內，輸出功率增益可達14.7dB。在2.05～2.25GHz頻帶范圍內,增益起伏小于0.2dB。輸入輸出的回波損耗小于－23dB。

電路的功率效率特性如圖3所示，P1dB的頻帶范圍為1.94～2.3GHz，輸出功率大于50dBm，效率大于45％；電路的功率頻率特性如圖4所示，在工作帶2.0～2.3GHz內，輸入為36dBm時輸出功率P1dB大于50.5dBm，功率頻率曲線很平坦，達到了設計要求；PA的Two-Tone交調特性如圖5所示，第一載波頻率為2.13808GHz，第二載波頻率為2.14192GHz,設計的PA Two-Tone在平均輸出功率45dBm，IM3小于－35dBc，可以滿足CDMA應用要求。PA的增益、效率與輸出功率的特性如圖6所示，所選的頻率為2.14GHz，由圖可知180W固態功率放大器的飽和輸出功率達53dBm,功率附加效率達60%。

圖1 大信號條件下增益特性

圖2 輸入輸出端的回波損耗

圖3 輸入輸出功率及效率的特性