ADS射频功率放大器设计之功率放大器的介绍和直流特性分析

一、什么是RFPA

  射频功率放大器(radio frequency power amplifier，RFPA)，是通信系统中必不可少的一部分，它位于发射机的末端，其作用是放大调制后的信号，将其输送到天线并馈送到空中。由于空间中电磁波会发生损耗，因此射频功率放大器的性能直接决定着通信距离的远近。

二、RFPA的设计步骤

  这个系列的文章我们将使用ads软件设计RFPA并完成其工作特性的仿真，设计流程大概如下：

2. 直流特性分析
3. 稳定性分析
4. LoadPull
5. SourcePull
6. 匹配电路设计
7. 直流偏置设计
8. 原理图仿真
9. 原理图优化调谐
10. 原理图到版图的转化

三、安装相应器件的DesignKit

  本篇文章将以MRF7S15100H功率管为例进行设计。登录恩智浦半导体官网https://www.nxp.com.cn/?cid=ps_cn_baidu_cpc_B_Corporate_Brand%20Info_Phase_bd03008，如图：

在右上角搜索栏搜索下面两个组件包并下载：（其中，RF_POWER_ADS2016_DK是因为我的ads版本是2016，其他按照相应版本下载即可，比如2011版本的ads就下载RF_POWER_ADS2011_DK）

在新建的工程里面，按照下面几张图所示步骤导入这两个压缩包;


然后选择导入到哪个工程（即自己刚才新建的工程）

弹出的对话框，直接点yes

用同样的方法导入器件包。

四、直流特性分析

  功率放大器正常工作的前提就是要有直流偏置。一方面，功率放大器需要从直流电源汲取能量，从而对输入功率进行放大，另一方面，直流偏置下静态工作点的设置直接影响着放大管能否正常工作以及它的工作状态。因此，设计功率放大器之前，首先要对放大管进行直流特性的分析，以便确定放大管的静态工作点。
  下面在ads中进行功率放大器的直流特性分析：
  首先，建立原理图，在原理图中插入模板：

在弹出的菜单里选择FET_curve_tracer,如图：

放置好模板

然后拖入我们加载好的功率管模型和控件，将器件与模板中相应的栅极、源极以及漏极连起来，最终电路如图：

设置扫描参数，按照要求，电源电压为28V，查看数据手册第二页，如图：

静态工作时，VGS的范围为2-3.5V。
因此，我们可以设置扫描参数如下：
VGS扫描参数设置：

VDS扫描参数设置：

点击仿真按钮，开始仿真，最终得到曲线图，可以看到，VDS=28V，VGS=2.7V下的数据与数据手册中相近，（仿真结果下IDS=548mA，数据手册中的IDS=600mA）如图：

五、总结

  本篇文章主要介绍什么是射频功率放大器以及其设计流程，并介绍了如何在ADS上进行功率放大器的直流特性分析，之后，我们将在下一篇章中介绍如何进行功率放大器的稳定性分析。