功率放大的輸入、輸出阻抗匹配的實現步驟

阻抗匹配電路決定了功率放大器輸出至負載的最大功率，是功率放大器電路設計中重要的一個環節。

1、為了對功率放大器電路進行輸出匹配，繼續創建”PA_MATCH”的原理圖，將”PA_BIAS”中的電路圖進行復制

2、從”Smith Chart Matching”元件面板中選擇“DA_SmithChartMatch”控制器插入原理圖中，如圖所示。

3、對SmithChart參數進行設置進行設置

4、在原理圖菜單欄“Tool”中選擇“Smith Chart”，調出“Smith Chart Unity”并設置參數。

5、根據第4步得到Smith Chart Utility

對輸入輸出阻抗進行設置

自動生成電路，選擇最下邊的Auto 2-Element Match按鈕

這時出現兩種自動匹配的網絡電路，選1種

選中其中的一個，選中之后會發現Network Hierarch 里面的結構和以前不一樣了，自動生成了匹配電路。

返回原理圖之后，選中DA_SmithChartMatch右擊，選擇push into Hierarch按鈕，可以查看其內部電路。

內部電路如下，可以看出它的匹配的電容和電感，以及它的結構，如下圖所示。

這樣就完成了輸出阻抗的匹配。

6、完成輸出阻抗的匹配之后，還要繼續進行輸入阻抗的匹配。先看看仿真結果，雙擊S參數仿真控制器，對S參數仿真控制器進行設置。同時在Parameter欄中，在“Z-Parameter”前打勾，將Z參數掃描納入仿真范圍。

7、仿真，顯示，z（1，1）

對要顯示的數據，輸入阻抗的實部和虛部，進行添加

這個就是輸入阻抗的仿真結果。

7、進行輸入阻抗匹配，從“Smith Chart Matching”元件面板中選擇“DA_SmithChartMatch”控制器插入原理圖中，組成的電路圖如下。

對參數進行設置

用Smith Chart Utility進行計算

這樣就完成了輸入阻抗的匹配

8、完成了輸入輸出阻抗匹配之后即可對電路參數進行掃描。

S參數及諧波平衡仿真

完成所有原理圖電路的建立之后，就可以對功率放大器進行性能參數仿真了。

1、創建名稱為“PA_S_HB”的原理圖，insert->template選擇HB1Tone，這個是諧波仿真模板。

2、將“PA_MATCH”中的電路復制到“PA_S_HB”中。

3、對HB仿真控制器進行設置，設置其掃描參數是RFpower，掃描范圍是0~30dBm，步長為0.2dB.

4、設置完成之后，進行仿真，得到下面的仿真圖形。

5、繼續進行顯示：a、[Rectangular Plot]按鈕，插入一個矩形圖，在彈出的“Plot Traces&Attributes”對話框中雙擊“Vout”，在彈出的對話框中選擇“Fundamental tone in dBm over all sweep values”，單機[ok]按鈕完成基波隨輸入功率變化的曲線。

b、再插入一個矩形圖，在對話框“Datasets and Equations”中選擇“Equtions”，然后再下面的選擇欄中雙擊“P_gain_transducer”

c、繼續添加兩個矩形框，分別顯示S(1,1)和S(2,1)，分別對900MHz做標記，可見S(2,1)在900MHz時增益是12.67，而反射系數卻達到-1.05，這個并不理想，因此還需要對電路進行優化設計。

電路性能的優化

1、對電路進行優化設計，與之前一樣，在原理圖窗口中選擇“Optim/Stat/Yield/DOE”元件，選擇一個優化控制器插入原理圖中，添加兩個優化目標

對兩個優化目標進行設置

2、將輸入匹配的電感和電容分別改為L1和C1作為優化對象，同時在原理圖中加入一個變量控制器，并進行設置，這些初始值都是最開始的初始值。

3、進行優化仿真，更新數據之后進行仿真的結果如下：

可以看到，經過優化之后，在900MHz時，S(1,1)和S(2,1）均有所提高，雖然S(2,1）沒有達到20db，但是很接近20db。從頻譜可以看出，功率放大器在900MHz時輸出最大功率譜信號，1dB點輸出功率達到30dBm，增益19.328dB。

好了，關于功率放大器就到這里了，內容有點多，從明天開始就要學習低噪聲放大器的設計。

這里再來總結一下關于功率放大器設計的一個基本的過程：1、確定設計指標，選擇工藝和模型，并添加到工程的庫中；2、根據功率放大器的要求和晶體管特性確定靜態工作點，并進行穩定性分析；3、對電路進行設計，包括偏置電路的設計、阻抗匹配，這里要用到loadpull和source工具；4、對電路進行仿真，分析曲線并進行優化改進。