S波段固态功率放大器的仿真设计

较低(20%一40%)，未转化成射频功率的直流功率部分在功率管内部以热的形式散放出来，功率放大器正常工作时，功率管的温度会急剧升高。为了保证固态功率放大器稳定可靠的工作，应将功率管自身的热量及时排散掉，使芯片的温度保持在允许最高结温以下，这就要求具有较强的散热能力。本文通过对功率管的法兰温度进行理论分析和计算，分析并得出放大器稳定工作时能承受的最高管壳温度和法兰温度，从而结合实际进行功率放大器的散热设计。

功放屏蔽盒主要起电屏蔽的作用，应满足一定的电磁兼容条件，尽量减小功放电路的微波辐射信号对整个电路的影响。通常把微带电路(包括有源和无源器件)放入盒体中，工作在其截止频率以下，将会减小微波元件由于辐射信号造成的影响(如减小反馈、增益波动以及改善隔离度等)。本文设计的S波段功率放大器，其工作频率半波长约为5cm，为避免盒体内产生波导传输效应，盒体的横向宽度设计为5cm左右，并且根据实际电路结构把电源部分和射频部分用金属隔板隔开，射频部分腔体宽度约为2.5cm。根据实际器件尺寸在HFSS软件中对腔体尺寸进行仿真优化，设计好的功放盒体的结构模型。

5、功率放大器的仿真

本文利用Agilent ADS软件对180W功放进行仿真，仿真得到电路的大信号增益特性如图1、图2所示，输入36dBm功率信号，在2.0～2.3GHz频带范围内，输出功率增益可达14.7dB。在2.05～2.25GHz频带范围内，增益起伏小于0.2dB。输入输出的回波损耗小于-23dB。

电路的功率效率特性如图3所示，P1dB的频带范围为1.94～2.3GHz，输出功率大于50dBm，效率大于45%；电路的功率频率特性如图4所示，在工作带2.0～2.3GHz内，输入为36dBm时输出功率P1dB大于50.5dBm，功率频率曲线很平坦，达到了设计要求；PA的Two-Tone交调特性如图5所示，第一载波频率为2.13808GHz，第二载波频率为2.14192GHz，设计的PA Two-Tone在平均输出功率45dBm，IM3小于-35dBc，可以满足CDMA应用要求。PA的增益、效率与输出功率的特性如图6所示，所选的频率为2.14GHz，由图可知180W固态功率放大器的饱和输出功率达53dBm，功率附加效率达60%。

图1、大信号条件下增益特性

图2、输入输出端的回波损耗

图3、输入输出功率及效率的特性

图4、输入功率为36dBm时的功率频率特性

图5、三阶交调特性

图6、功率增益效率特性

6、结论

本文利用功率合成的技术设计出S波段输出功率180W的大功率放大器，并充分的考虑了散热和屏蔽盒的设计，结合软件Agilent ADS仿真设计出符合技术指标的功率放大器，论文采用的3dB正交功率合成来实现功率合成，有损耗小、一致性好等优点。并且用HFSS对屏蔽盒进行设计，使屏蔽盒的设计比较简单。

作者：张利飞 汪海勇