2、寬帶Doherty放大器ADS仿真（帶版圖）

參考文章：博士論文：高效連續(xù)型射頻功率放大器研究

傳統(tǒng)Doherty放大器由兩個(gè)單管功放共同組成，其基本結(jié)構(gòu)一般包含2個(gè)晶體管，其中一個(gè)晶體管往往工作在AB類模式，用于載波放大，其重要目的是使得電路整體在回退時(shí)保持高效率。另一個(gè)晶體管工作在C類狀態(tài)，用于峰值放大，其重要目的有源負(fù)載調(diào)制，并使得整體電路在飽和時(shí)保持高效率。

對(duì)于有源負(fù)載調(diào)制原理，有許多作者對(duì)其進(jìn)行了論述，在此主要介紹Doherty功放的設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)約束。

0 源文件

寬帶Doherty放大器ADS仿真（帶版圖）

1 設(shè)計(jì)指標(biāo)

頻率：2.3-3.5Ghz
帶寬：1.2Ghz
飽和增益：8-11.7dB
回退增益：11db
飽和效率：>60%
回退效率：>40%

2、數(shù)據(jù)手冊(cè)分析

都開始做超寬帶了還看什么數(shù)據(jù)手冊(cè)
番外1：射頻功放晶體管的重要參數(shù)

3、直流分析+靜態(tài)工作點(diǎn)選擇

導(dǎo)入CGH40010F模型文件，第一次使用選擇解壓Design Kit，如果不是第一次使用可以選擇管理庫(kù)文件，我這里不是第一次使用：
選擇添加庫(kù)定義文件：

到模型解壓的根目錄找到defs文件，點(diǎn)擊打開導(dǎo)入庫(kù)：

新建原理圖命名為01_DC_SIMULATION（此原理圖用于直流掃描）：

在菜單欄選擇Insert，插入模板：

此處插入的是我自定義的模板：

插入后如下所示（一般插入模板還需要根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)對(duì)相應(yīng)電壓進(jìn)行設(shè)置，此處插入模板已經(jīng)設(shè)置好了，比如說(shuō)此處的掃頻參數(shù)）：

直接點(diǎn)擊仿真觀察結(jié)果：

對(duì)于此處的偏置選擇，選擇載波功放的偏置點(diǎn)為-2.9V，峰值功放的偏置點(diǎn)為-6V。對(duì)于-6V的偏置，使得其開啟的輸入功率約為24.5dBm，如圖：

4、穩(wěn)定性分析

載波功放穩(wěn)定性：
新建原理圖，命名為02_STABILITY_SIMULATION，插入穩(wěn)定性分析控件，首先對(duì)載波功放穩(wěn)定性進(jìn)行分析，此處設(shè)置載波功放的偏置為-2.9V（此處使用的是大信號(hào)S參數(shù)仿真）：

對(duì)此原理圖進(jìn)行仿真，得到結(jié)果，由此可見(jiàn)使用該穩(wěn)定電路系統(tǒng)可在頻帶內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定：

峰值功放穩(wěn)定性（存疑）：
設(shè)置峰值功放穩(wěn)定性偏置為-6V，同樣使用上述的穩(wěn)定性分析原理圖進(jìn)行分析：
對(duì)于大信號(hào)S參數(shù)仿真而言，在此種結(jié)構(gòu)下無(wú)論如何調(diào)整電阻電容數(shù)值都無(wú)法使電路穩(wěn)定，但是在此狀態(tài)下的S參數(shù)有些異常，可能是沒(méi)有進(jìn)行匹配的原因：

但是如果使用小信號(hào)仿真，那么即使在沒(méi)有添加任何電阻電容的情況下，結(jié)果任然為絕對(duì)穩(wěn)定，這是因?yàn)樾⌒盘?hào)無(wú)法推開C類偏置下的管子（-6V），管子根本沒(méi)有導(dǎo)通，那么此時(shí)的穩(wěn)定性分析是否還有意義？（懂行的歡迎評(píng)論區(qū)回復(fù)）

此處直接參考高效連續(xù)型射頻功率放大器研究一文中的穩(wěn)定性電路，但是作者不太清楚為什么如此阻容值能使得峰值電路穩(wěn)定（6.2pF，20歐姆）：

5、高效率Doherty約束條件

參考高效連續(xù)型射頻功率放大器研究的3.3節(jié)
此處選擇最佳基波阻抗為30歐姆，即ZS=ZL=30歐姆。
約束1：飽和時(shí)載波功放的基波輸出匹配，即在帶寬內(nèi)靠近Smith圓心（諧波弱約束）
電路圖：

恰當(dāng)?shù)募s束示例：

約束2：飽和時(shí)峰值功放的基波輸出匹配，即在帶寬內(nèi)靠近Smith圓心（諧波弱約束）
電路圖：

恰當(dāng)?shù)募s束示例：

約束3：回退時(shí)功放總輸出匹配的實(shí)部在2Ropt位置，虛部可變化，二次諧波和J類功放一致（但是弱約束）
電路圖：
合理效果圖：

6、高效率Doherty輸出匹配設(shè)計(jì)

約束條件已經(jīng)給出，進(jìn)行設(shè)計(jì)也十分簡(jiǎn)單了，添加相應(yīng)的目標(biāo)，對(duì)電路進(jìn)行自動(dòng)調(diào)參：
約束1：飽和時(shí)載波功放的基波輸出匹配，即在帶寬內(nèi)靠近Smith圓心（諧波弱約束）

約束2：飽和時(shí)峰值功放的基波輸出匹配，即在帶寬內(nèi)靠近Smith圓心（諧波弱約束）

約束3：回退時(shí)功放總輸出匹配的實(shí)部在2Ropt位置，虛部可變化，二次諧波和J類功放一致（但是弱約束）
Goal4使得回退時(shí)功放總輸出匹配的實(shí)部在2Ropt位置，數(shù)值為100是因?yàn)锳DS中默認(rèn)的歸一化阻抗為50歐姆，而此處歸一化阻抗為Ropt，因此此處歸一化到100歐姆也就是歸一化到2Ropt。
Goal6和Goal7對(duì)諧波進(jìn)行約束，盡量使其位于邊緣且在Smith左半面。
Goal11使得回退時(shí)功放總輸出匹配的虛部關(guān)于實(shí)軸對(duì)稱。

使用此三個(gè)約束進(jìn)行Optim，即可得到合適的電路參數(shù)與合適的仿真結(jié)果:

7、輸入匹配設(shè)計(jì)

輸入匹配設(shè)計(jì)需要先進(jìn)行源牽引，但是源牽引在大多數(shù)情況下區(qū)域大致類似，因此一個(gè)合適的輸入匹配電路可以被N個(gè)輸出匹配電路共用，即通用性比較強(qiáng)。此處使用之前設(shè)計(jì)好的一個(gè)源匹配電路：
其結(jié)果為：

8、寬帶功分器設(shè)計(jì)

參考文章：
https://blog.csdn.net/weixin_44584198/article/details/122944187

此處原理圖和結(jié)果：

9、相位調(diào)節(jié)線設(shè)計(jì)

在載波功放的輸出匹配前添加相位調(diào)節(jié)線，調(diào)整此線長(zhǎng)度，使得載波輸出和峰值輸出的基波相位一致（也可以在回退狀態(tài)下使得帶寬內(nèi)效率均值最高）：

此處調(diào)整完時(shí)的相位線長(zhǎng)度為18.9mm。一般在峰值電路輸出后也存在相位調(diào)節(jié)線，但是如果單個(gè)調(diào)節(jié)線可以滿足要求，就無(wú)需第二個(gè)調(diào)節(jié)線了。

10、后匹配電路

后匹配電路將10歐姆匹配至50歐姆，使用多節(jié)微帶線匹配：

帶寬內(nèi)結(jié)果：

11、版圖仿真

將所有結(jié)構(gòu)放置在一張?jiān)韴D中：

構(gòu)建電路板圖：

設(shè)置仿真參數(shù)：


運(yùn)行版圖仿真，得到版圖結(jié)果。

12、版圖原理圖仿真

仿真結(jié)果：
輸入功率33dbm：



輸出回退6db效率：
41%-55%
記錄：

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的2、宽带Doherty放大器ADS仿真（带版图）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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