MESFET功率放大器设计：小信号法要点

基于小信号S参数的MOSFET射频功率放大器设计宁志强;刘太君;叶焱;许高明;陆云龙【摘要】介绍了如何利用场效应管的小信号散射(S)参数设计射频功率放大器,并采用此设计方法,选用场效应管,设计了一种工作在160 MHz频段的金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)功率放大器.在工作频段内,功率放大器增益大于23 dB,输入端口的匹配网络的回波损耗S11优于-19 dB.实例证明:该设计方法仿真简单,易于实现,具有重要的工程应用价值.%In the actual design of radiofrequency(RF)power amplifier,the device manufacturers often provide only small-signal scattering (S )-parameters and static I-V curve of a metal oxide semiconductor field effect transistor(MOSFET)transistor. Introduce how to design an RF power amplifier with small signal S-parameters. A MOSFET power amplifier operated at 160 MHz is designed with this design method,where a FET transistor from Mitsubishi is selected. The gain of the power amplifier in the working frequency band is larger than 23 dB,andS11 of the input port is prior to -19 dB. The example illustrates that this design method is simple to simulation and easy to implement,which has great value in engineering application.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2017(036)011【总页数】3页(P93-95)【关键词】小信号;S参数;射频功率放大器;MOSFET【作者】宁志强;刘太君;叶焱;许高明;陆云龙【作者单位】宁波大学信息科学与工程学院,浙江宁波315211;宁波大学信息科学与工程学院,浙江宁波315211;宁波大学信息科学与工程学院,浙江宁波315211;宁波大学信息科学与工程学院,浙江宁波315211;宁波大学信息科学与工程学院,浙江宁波315211【正文语种】中文【中图分类】TN722.7射频功率放大器是各种无线发射机的关键单元电路[1]，是整个系统中功率损耗最大的部分，其功率输出能力直接影响信号的发射和传输距离。

毕业论文（设计）论文（设计）题目：2.4GHz射频功率放大器的设计目录中文摘要 (1)Abstract (2)第一章绪论 (3)第二章理论基础 (5)2.1 二端口网络 (5)2.2 技术指标 (6)2.2.1 输出功率 (7)2.2.2 功率增益 (8)2.3 匹配网络 (9)2.3.1共轭匹配 (11)2.3.2负载牵引 (11)2.4 传输线理论简介 (12)2.5 ADS软件简介 (12)第三章电路设计 (14)3.1器件选型和功率分配 (14)3.1.1器件选型 (14)3.1.2 功率和增益分配 (14)3.2 单级放大器设计 (15)3.2.1功率级（Power stage）设计 (15)3.2.2驱动级（Driver stage）设计 (23)3.2.3 两级功率放大器系统设计 (26)第四章总结与展望 (29)谢辞 (30)参考文献 (31)附录翻译 (33)中文摘要近年来，RFID技术的应用在全球掀起一场热潮。

2.4G技术标准由于它的广泛应用，更是成为技术和市场领域的宠儿。

RFID最重要的部分是发射机，而射频功率放大器作为发射机的核心部件，它的性能是制约整个RFID系统性能和技术水平的关键因素。

本文介绍了基于ADS用于RFID系统的2.4GHz射频功率放大器的硬件电路设计方法。

整个系统以MOSFET器件为核心功放晶体管，在2.4GHz、工作电压为3.3V 条件下，采用两级功放级联方式，前端驱动级工作于小信号状态，为后端提供高功率增益，后端功率级工作于大信号，提供高功率输出。

级联之后的效果是实现了27dB功率增益和高达近27dBm功率输出。

该系统主要应用于超高频射频识别读写器系统。

本文深入探讨了整体硬件电路的设计方案，详细阐述了电路设计的原理和方法，最后给出了具体的实现过程。

关键词：GaAs FET；RFID；ADS；2.4G无线系统；射频功率放大器AbstractIn recent years, RFID technology has led to a boom in the world. 2.4G technology standard has become a cosset of the technology and market field, just because of its wide range of applications. Transmitter is the most important part of the RFID system. As the core component of a transmitter, the performance of RFPA becomes to the key factor restricting capability and technical level of the whole RFID systemThis paper introduces a method of 2.4GHz RFPA hardware circuit designing used in RFID system based on ADS. The entire system using MOSFET component as the core power transistor contains two-stage cascade amplifiers working in 3.3V supply voltage, 2.4GHz. The driver-level works in small-signal state, providing high power gain for the back-end; power-level works in large-signal state, providing high output-power for the load. The effect after cascade is to achieve a 27dB power gain and a 27dBm output-power.We discuss the blue print of the overall hardware circuit design in this paper, expatiate the principles and methods of circuit design in detail, and finally give a concrete realization of the process.Key words: GaAs FET; RFID; ADS; 2.4G wireless system; RF Power Amplifier第一章绪论随着人类社会进入信息时代，无线通信技术有了飞速的发展，尤其是射频微波通信技术的产生和发展无疑对无线通信技术的发展起到了决定的作用。

微波功率放大器的小信号S参数设计方法
郑建彬;孟庆鼐;魏启辅
【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2005(028)006
【摘要】微波功率放大器设计需要大信号S参数,但大多数情况下,设计者只有小信号S参数和静态I-V曲线.文章提供了一种在此条件下进行设计的方法:即首先利用ADS软件,将功率管的小信号S参数制成S2P文件供仿真电路使用;再通过静态I-V 曲线计算出输出负载阻抗,利用软件的优化功能将输出电路共扼匹配到本阻抗;对于输入电路,则按照最大增益的原则使源阻抗与输入阻抗共扼匹配;最终对整个电路进行优化,完成整个电路的设计.
【总页数】4页(P588-591)
【作者】郑建彬;孟庆鼐;魏启辅
【作者单位】合肥工业大学,计算机与信息学院,安徽,合肥,230009;合肥工业大学,计算机与信息学院,安徽,合肥,230009;合肥工业大学,计算机与信息学院,安徽,合肥,230009
【正文语种】中文
【中图分类】TN925.92;TN957.5
【相关文献】
1.基于小信号S参数的功率放大器设计 [J], 祁云飞
2.基于小信号S参数的MOSFET射频功率放大器设计 [J], 宁志强;刘太君;叶焱;
许高明;陆云龙
3.微波功率器件大信号S参数的提取 [J], 高学邦;蒋竞棋
4.微波功率测量中的小信号检测研究 [J], 侯宝森
5.多路微波功率放大器并联合成时放大器离散对合成效率的影响 [J], 夏瑜
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射频学习参考书微波振荡器设计经典英文原版书籍五本1. RF and Microwave Oscillator DesignMichal Odyniec, Artech House, Inc. 20022. Oscillator Design and Computer SimulationRandall W. Rhea, Noble Publishing Corporation, 19953. Crystal Oscillator Circuits, Revised EditionRobert J. Matthys, Krieger Publishing Company, 19924. Crystal Oscillator Design and Temperature CompensationMarvin E. Frerking, Litton Educational Publishing, 19785. Fundamentals of RF Circuit Design with Low Noise OscillatorsJeremy Everard, John Wiley & Sons Ltd, 2001经典中文书籍三本1. 《微波振荡源》陈为怀、李玉梅著，2. 《微波固态振荡原理》潘儒沧、刁育才著，3. 《介质谐振器微波电路》4. 《S参数设计放大器和振荡器》设计实例和设计讲义1. 使用ADS设计VCO讲义2. VCO Design using Ansoft Designer3. Oscillator Basics and Low-Noise Techniques for Microwave Oscillators and VCOs4. Oscillator Phase Noise: A Tutorial5. 东南大学振荡器讲义6. 高頻振盪器之簡介滤波器设计经典中文书籍三本：1. 《微带电路》，清华大学《微带电路》编写组，人民邮电出版社,19792. 《现代微波滤波器的结构与设计》上册，甘本袚、吴万春著，科学出版社，19733. 《现代微波滤波器的结构与设计》下册，甘本袚、吴万春著，科学出版社，1973经典英文原版书籍三本：1. HF Filter Design and Computer SimulationRandall W. Rhea, Noble Publishing Corporation, 19942. Microstrip Filters for RF/Microwave ApplicationsJia-Sheng Hong, M. J. Lancaster, John Wiley & Sons Inc. 20013. Microwave Filters, Impedance Matching networks and Coupling StructuresGeorge L. Matthaei, Leo Young, E. M. T. Jones, Artech House, INC. 1980设计实例：1. ADS2003C关于微波滤波器设计和制作实例（中文56页）2. Ansoft Designer 关于微波滤波器设计和制作实例（英文43页）3. 微带抽头线发夹型滤波器设计4. Practical T echniques for Designing Microstrip Tapped Hairpin Filters on FR4 Laminates5. Design of Band Pass Filters With Ansoft HFSS and Serenade6. 浙大微波滤波器设计讲义微波功率放大器 ( PA ) 设计经典英文原版书籍八本1. Advanced Techniques in RF Power Amplifier DesignSteve C. Cripps, ARTECH HOUSE, INC. 20022. Radio Frequency Transistors and Practical Applications, Second EditionNorman Dye, Helge Granberg, Newnes, 20013. Feedback Linearization of RF Power AmplifiersJOEL L. DAWSON, THOMAS H. 4. LEE, KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS, 20044. High Linearity RF Amplifier DesignPeter B. Kenington, ARTECH HOUSE, INC. 20005. RF Power Amplifier for Wireless CommunicationsSteve C. Cripps, ARTECH HOUSE, INC. 19996. RF Power AmplifiersMihai Albulet, Noble Publishing Corporation, 20017. Distortion in RF Power AmplifiersJoel Vuolevi, Timo Rahkonen, Artech House, Inc. 20038. Microwave Engineering, second editionDavid M. Pozar, JOHN WILEY & SONS, INC.,1998设计讲义：1. 清华大学功放设计讲义2. 东南大学功放设计讲义3. 浙江大学功放设计讲义4. MESFET 功率放大器设计：小信号法。

基于小信号s参数的mosfet射频功率放大器设计文章标题：基于小信号s参数的MOSFET射频功率放大器设计一、引言在射频工程领域中，MOSFET射频功率放大器一直是一个重要的研究课题。

通过对其小信号S参数的分析和设计，可以实现高效、稳定的射频功率放大。

本文将就基于小信号S参数的MOSFET射频功率放大器设计进行深入探讨。

二、小信号S参数的理论基础和意义小信号S参数指的是对于非线性元件（如MOSFET）在工作点附近做小信号变动引起的电压和电流响应的参数。

通过对小信号S参数的分析，可以很好地描述电路的传输特性和稳定性。

对于MOSFET射频功率放大器来说，小信号S参数的分析是非常重要的，因为其工作频段往往在几百兆赫至几千兆赫，这就要求其具有良好的频率特性和稳定性。

基于小信号S参数的MOSFET射频功率放大器设计具有重要的理论意义和实际意义。

三、基于小信号S参数的MOSFET射频功率放大器设计方法1. MOSFET小信号S参数的测试和分析在设计MOSFET射频功率放大器之前，首先需要对MOSFET进行小信号S参数的测试和分析。

通过网络分析仪等测试设备，可以得到MOSFET在工作频段内的小信号S参数数据，包括S11、S12、S21和S22等参数。

可以利用这些参数数据进行进一步的分析和设计。

2. 利用小信号S参数进行稳定性分析在设计MOSFET射频功率放大器时，稳定性是一个非常重要的问题。

利用小信号S参数可以进行稳定性分析，通过判据条件来判断电路的稳定性，并进行合适的补偿和调整，以确保电路在整个工作频段内都能保持稳定的工作状态。

3. 频率特性的考虑MOSFET射频功率放大器需要具有良好的频率特性，即在整个工作频段内都能保持稳定的放大特性。

通过对小信号S参数的分析，可以优化电路的匹配网络和反馈网络，以实现更好的频率特性。

四、基于小信号S参数的MOSFET射频功率放大器设计实例分析以某款特定型号的MOSFET为例，根据其小信号S参数数据，我们进行了MOSFET射频功率放大器的设计。

制作微型信号放大器的原理
微型信号放大器的原理包括以下几个步骤：
1. 信号输入：将微小的输入信号输入到放大器的输入端口。

2. 输入级：输入级一般由负反馈的增益放大器组成。

它会将输入信号放大到较高的电压或电流水平。

3. 中间级：中间级也是由负反馈的增益放大器组成，用于将信号进一步放大到更高的电压或电流水平。

4. 输出级：输出级通常由功率放大器组成，用于将信号放大到足够的功率水平以驱动负载。

5. 负反馈：放大器通常使用负反馈回路来提高增益稳定性和线性度。

负反馈的原理是将放大器的输出与输入进行比较并对放大器进行调整，以使输入与输出之间的差异最小化。

6. 电源：微型信号放大器需要一个合适的电源来提供所需的电压和电流。

7. 控制电路：微型信号放大器可能包括一些控制电路，用于调整放大器的工作状态或保护电路。

以上是一般微型信号放大器的原理。

具体的设计和实现可能会有所不同，取决于应用场景和技术要求。

26卷　第11期2009年11月微电子学与计算机M ICROEL ECTRON ICS &COMPU TERVol.26　No.11November 2009收稿日期:2008-09-24基金项目:国家自然科学基金项目(60472051)Volterra 级数法分析M ESFET 功率放大器张　伟1,李霞明1,吴保中2(1解放军镇江船艇学院,镇江212003;2解放军理工大学,南京210003)摘　要:功率放大器是射频收发信机的重要组成部分,它的性能直接影响到整个系统的性能.文中使用Volterra 级数法对MESFET 功率放大器单频时的非线性性能进行分析,进而将该方法推广用于连续谱信号激励下的非线性性能分析,得出功放三阶互调及频谱再生等结果,为工程设计提供依据.关键词:伏特拉级数;金属半导体场效应管;非线性;三阶互调失真中图分类号:TN722 文献标识码:A 文章编号:1000-7180(2009)11-0098-04The Analysis of MESFET PA with V olterra Series MethodZHAN G Wei 1,L I Xia 2ming 1,WU Bao 2zhong 2(1PLA Watercraft College ,Zhenjiang 212003,China ;2PLAUST ,Nan jing 210003,China )Abstract :Power amplifier is an important component of RF transceiver.It directly affected the performance of the whole system.In this paper ,the Volterra series method is used to analyze the nonlinear performance of MESFET PA ,which subject to a one -tone input.Then this method is extended to analyze the continuous s pectral signal ,and the PA ’s char 2acteristic of IM3and s pectral regrowth can be educed as the guidance of PA design.K ey w ords :Volterra series ;MESFET ;nonlinearity ;IM31　引言随着通信技术的不断发展,频谱利用率更高的调制技术广泛应用于各种通信系统中,这对功率放大器的线性度提出了更高的要求.因此各种功率放大器的性能分析和线性化技术成为微波领域的一个热点问题[124].M ESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor )能在较高频率工作,广泛应用于各种微波收发信机当中.功放的非线性分析方法有幂级数法、谐波平衡法、Volterra 级数法和扰动法等,而对于以弱非线性为主的通信系统而言,Volterra 级数法则更为快捷有效.文中利用Volterra 级数法分析M ESFET 功率放大器,分析其在单频下的非线性性能,并将该方法进一步用于连续谱信号激励下的非线性性能分析,给出功放互调及频谱再生等结果,为功放设计提供依据.2　Volterra 级数法基本原理Volterra 级数法就是用泛函级数来描述电路或系统.假设电路的激励信号为s (t )=12∑q =Qq =-QV s ,q e jωq t ,则其响应为:w (t )=∑∞n =1wn (t )其中,w n (t )=12n∑Qq 1=-Q ∑Qq 2=-Q …∑Qq n=-Qvs ,q 1v s ,q 2…v s ,q n ·H n (ωq 1,ωq 2,…,ωq n )·ej (ωq 1+ωq 2+…+ωq n)t ,其核心就是求解转移函数H n (ωq 1,ωq 2,…,ωq n ),具体求解方法包括谐波输入法和非线性电流法两种[5].谐波输入法确定非线性电路的转移函数的过程是:先假设电路的激励为最简单的激励s (t )=e j ω1t+ejω2t +…+e jωn t ,它的第n 阶响应分量w n (t )=n !H n (ωq 1,ωq 2,…,ωq n )·e j (ωq 1+ωq 2+…+ωq n)t,将这里的w n (t )表示式代入电路方程,仅保留第n 阶项,就可以确定非线性转移函数H n (ωq 1,ωq 2,…,ωq n ).第n 阶非线性转移函数是一个阶数小于n 的转移函数的函数,需用递推的方式逐阶求解.非线性电流法的过程是由较低阶电压分量计算更高阶的各电流分量,由计算出来的各电流分量确定同阶的各电压分量,进而确定其后的更高阶的各电流分量.在这种方法中,只需要计算重要的频率分量,或计算对一个重要的高阶分量有影响的各频率分量.由于以上特点,非线性电流法在多节点电路中更易于使用,且更适于CAD 技术.但由于非线性电流法不是建立在转移函数的基础上,所以它不能直接用于系统分析.Volterra 级数是一个无穷级数,对于一般电路或系统而言,通常考虑到三阶.文中采用非线性电流法求解电路的转移函数,分析M ESFET 的弱非线性影响,采用的激励信号是小的、非公度的,故也只考虑到三阶.3　M ESFET 非线性模型M ESFET 的非线性等效电路如图1.电路元素可分为线性元素和非线性元素.图1　MESFET 非线性等效电路非线性元件主要有三个:小信号跨导g m ,漏-源电导g d ,栅-漏电容C gs .其中,g m 、g d 都是由V gs和V ds 共同决定的函数,为了简化,则认为g m 仅仅是V gs 的函数,g d 仅仅是V ds 的函数,这种近似满足工程精度的需要.近似C gs 为肖特基势垒二极管电容,采用最小均方多项式曲线拟合的方式表示为级数形式.分析M ESFET 的弱非线性影响,Volterra 级数考虑到三阶已足够,因此三个元件的参数可表示为:g m (V gs )=g m 0+g m 1V gs +g m 2V2gs(1)g d (V ds )=g d 0+g d 1V ds +g d 2V 2ds(2)C gs (V gs )=C gs 0+C gs 1V gs +C gs 2V 2gs(3)4　M ESFET 功放的非线性电流法分析当M ESFET 加上偏置、源和负载时就构成了单级功放.这里即以单级功放为分析对象.分析过程以三个基本函数为基础,即求解一阶线性电路,二阶和三阶电流驱动的线性电路,最终得到电路的线性输出电流和三阶非线性电流.具体过程:首先利用基尔霍夫定律列出线性功放电路的环路电压方程,求得负载和各非线性元件的线性电流;再利用i 1(t )=g 1v 1(t ),i 2(t )=g 2v 21(t )的关系求得二阶电流源替换线性电路的非线性元件,解环路电压方程可求出负载和各非线性元件的二阶电流;利用i 3(t )=2g 2v 1(t )v 2(t )+g 3v 31(t )求出三阶电流源替换原来的非线性元件,解环路电压方程可求出负载和各非线性元件的三阶电流.设输入信号的频率为ω、幅度为V in (ω),可求得负载的线性电流和三阶电流.由文献[6]可推出功放的负载电流为:I (ω)=I 1(ω)+34I 3(ω)(4)相对于负载电流I (ω)的功率消耗为:P out (ω)=12|I (ω)|2Re (Z 1(ω))(5)输入信号的可资利用功率为:P av (ω)=V 2in(ω)8·Re [Z in (ω)](6)通过这些基本的关系可求出系统的一些关键特性,如单频信号的增益,三阶互调及1dB 压缩点功率等.对于连续谱输入信号的分析,作为多频信号(n 个单频信号)来等效处理,每个频点对应1/n 频带的能量.计算信号的线性输出和互调输出,将同频项合并后可求出各频率点的输出.同频信号的合并是分析计算的关键,当输入信号相位相关时同频的三阶信号线性叠加;而当信号相位不相关时同频的三阶信号则功率叠加,但此时同频项里又有一些同相位的信号需首先线性叠加,如ω1+ωn -ωn =ω1这样的三阶项必须直接与线性的ω1相加,经过统计同频同相的三阶ω1有6n -3项,此时I (ω1)=I 1(ω1)+(6n -3)4I 3(ω1)(7)对于窄带信号来说,可进一步简化分析,认为非线性转移函数为常数[1],这并不影响精度,即99　第11期张伟,等:Volterra 级数法分析MESFET 功率放大器I3(ωq1,ωq2,-ωq3)≈I3(8)I1(ω)≈I1(9)频谱连续信号用多频信号等效处理,其计算精度随单频信号个数增加而提高,文献中[2]得出把窄带连续谱离散成不小于10个频率时,各项功放特性基本保持不变,因此在实际编程中取n=10,这样在保证计算精度的前提下程序运行时间最短.根据上述原理编程并对功放电路实例进行分析,可求得功放电路各项参数.5　仿真数据和讨论确定了功放电路之后,上述的分析方法可非常方便的在MA TLAB上编程实现,进而对功放的各项性能进行仿真.这里主要进行了三个部分的仿真.第一部分是分析不同频率信号随功率的增益变化,第二部分分析互调及不同频率信号1dB压缩点的功率,第三部分分析连续谱信号及指定ACPR要求时的功率回退值[728].采用文献[6]的实验器件N E9000系列0.5×400μm M ESFET组成单级功放,仿真条件:为所选器件加上信号源s(t)=12∑q=Qq=-QV s,q e jωq t、源阻抗Z i=50Ω,负载阻抗Z l=50Ω;再为M ESFET加上直流偏置确定功放的工作点:V ds=8V,V gs=-1V, I ds=50mA.以上条件时的器件参数如下:L g=0.46nH,R g=0.5Ω,C dg=0.021p F,R dg=29Ω,R j=5.4Ω,C ds=0.06p F,R s=2.0Ω,L s=0.10nH,C s=0.15p F,R d=3.0Ω,L d=0.5nH,g m=36.5+2.4V gs-1.0V2gs(ms),g d=1.8-0.2V ds+0.02V2ds(ms),C gs=0.55+0.2V gs+0.06V2gs(p F).5.1　不同频率信号的增益分别输入频率为2GHz、8GHz、12GHz、14GHz 的信号进行仿真,得到输入信号功率与增益的关系如图2所示.图中实线表示仿真值,“+”虚线表示文献[6]实测值,可以看出,仿真结果与文献[6]的实测值一致性很好.5.2　互调及1dB压缩点进一步分析上述电路的互调特性,得出电路的线性和三阶特性如图3所示,并仿真得出此电路在不同频率时的1dB饱和输出功率如图4所示,结果表明Volterra级数法计算快速、准确.图2　不同频率时输入功率与功率增益的关系图3　线性功率和三阶互调功率(f=2GHz)图4　不同频率时的1dB压缩点输出功率5.3　连续谱分析及功率回退图5中实线代表1dB压缩点时的频谱,“+”虚线代表回退后的频谱,可以看出功放工作在1dB压缩点时失真比较大,实际中通常采用功率回退的办001微电子学与计算机2009年法以减小失真,即功放输出功率低于1dB 压缩点几个分贝.运用文中的频谱分析方法编程可找到满足指定要求的功率回退值.对于频谱连续的信号可以把它作为能量相等的多频信号来处理,即s (t )=12∑q =Q q =-QV s ,q e jωq t .为便于观察失真情况,选用信号为相位不相关的矩形谱信号,中心频率10GHz ,带宽10MHz.首先求出在1dB 压缩点时输出频谱,之后搜索指定ACPR (-30dBc )要求时的输入信号,求出输入信号功率回退值(此例为-7.1209dB ).从图5中可看出功放工作在1dB 压缩点时带外功率比较大,信号失真比较严重;而功率回退后带外功率明显下降,信号失真基本可以忽略.图5　1dB 压缩点及回退后的频谱6　结束语文中应用三阶的Volterra 级数方法对M ES 2FET 放大器电路单频、连续谱信号时的各项性能进行了分析,尤其是对连续谱的分析可对由于器件限制导致的系统限制有一个预测,并利用该仿真结果用于指导工程设计.文中使用的信号是一种假想的相位不相关的等幅矩形谱信号,实际中经过滤波成形的信号也可进行分析.参考文献:[1]Maas S A.Volterra analysis of spectral regrowth[J ].IEEEMicrowave Guided Wave Lett.,1997,7(7):192-193.[2]Pedro J C ,Carvalho.On the use of multitone techniques forassessing RF components ’intermodulation disortion [J ].IEEE Trans.Microwave theory Tech.,1999,47(12):2393-2402.[3]Fager C ,Pedro J C ,Carvalho ,et al.A com prehensive anal 2ysis of IMD behavior in RF CMOS power amplifiers [J ].IEEE Journal of solid -state circuits ,2004,39(1):24-34.[4]Gupta N ,Tombak A ,Mortazawi A.A predistortion lin 2earizer using a tunable resonator [J ].IEEE Microwave Wireless components Lett.,2004,14(9):431-433.[5]王蕙功.非线性微波毫米波电路分析与设计[M ].北京:北京邮电学院出版社,1991:60-163.[6]Law C L ,Aitchison C S.Prediction of wide -band powerperformance of MESFET distributed am plifiers 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,1990,12(1):55-73.作者简介:黄　斌　男,(1981-),硕士研究生.研究方向为图像处理、模式识别.黄文明　男,(1963-),硕士,副教授.研究方向为图像处理、模式识别.101　第11期张伟,等:Volterra 级数法分析MESFET 功率放大器。

基于ADS 的MESFET 功率放大器设计蔡钟斌　周邦华(中国工程物理研究院电子工程研究所　绵阳　621900)　收稿日期:2003-09-22 收修改稿日期:2003-11-24文　摘　提出一种在无法获取器件大信号模型条件下采用小信号法设计功率放大器的方法。

在此基础上,借助A gilent A DS 软件采用小信号设计、提取器件的封装寄生参数、优化结合的方法设计了一个M ESFET 功率放大器。

主题词　功率放大器　小信号　M ESFET AD S前　言在工程实际中,许多器件厂商并不提供大信号器件模型,通常只提供器件的小信号S 参数和静态IV 曲线。

功率放大器本质上是大信号器件,因为它们工作在功率饱和点附近,处于非线性区。

然而,在大多数情况下,设计者进行有源器件仿真时,只有测量的小信号S 参数。

在采用小信号法之前,从器件的静态IV 曲线决定大信号的负载阻抗(R L ),它是器件漏极端对输出匹配电路所呈现的阻抗。

通过这种方法,设计者可以优化输出电路,获得最大的射频功率输出,同时,也可以优化输入电路,获得最好的输入匹配和最大的增益。

一般,为获得最大输出功率而采用失配的方法,故输出匹配性能较差。

输出电路是匹配到R L 而不是器件的S 22。

小信号设计技术有其局限性,虽然输出电路可以保证最大饱和功率输出,但不能保证最大的线性功率,这意味着不能直接计算输出功率1dB 压缩点,也不能直接获得放大器的双音交调特性(如IM R 3、IMR 5、IP 3、IP 5)。

为了估算这些重要的参数,设计者需要依靠测量或者经验公式。

MESFET 放大器设计中两个重要的经验公式是[3]P 1dB ≈P s t -1dBP IP3≈P 1d B +10dB1　小信号法设计步骤小信号法设计流程图示于图1。

图1中,优化输出电路匹配到R L ,这个条件可以获得最大功率输出。

使用器件的小信号S 参数仿真优化增益和输入匹配电路、利用器件的IV 曲线确定R L 。

一种使用 MESFET 管芯的功率放大器的设计李俊生;唐健;王晓亮【摘要】笔者使用MESFET管芯，利用ADS软件对其进行了仿真优化，用小信号S参数法进行设计，并研制出一种线性功率放大器，该放大器采用 Excelics 公司low distortion Power FET EFC480C作为管芯，尺寸为15mm ×20mm，在2．7GHz～3．1GHz频带内增益≥11dB，输出功率P（ sat）≥30dBm，功率起伏≤1dB；输入输出驻波比≤2，达到了较好的性能。

不仅比管壳封装器件体积小，而且可以消除封装参数的有害影响。

%The MESFET tube core is used , and is simulated and optimized by the application of the ADS software , using the small signal S parameter method to design , and developing a linear power amplifier . The amplifier takes the low distortion Power FET EFC 480C of Excelics company as the tube core , the size is 15mm ×20mm, in the2.7GHz~3.1GHz band, the gain is greater than or equal to 11dB, the output power P(sat)is greater than or equal to 30dBm, the power fluctuation is less than or equal to 1dB; the input and output in VSWR is less than or equal to 2 , and a good performance is achieved .Not only its volume is smaller than the shell and tube packaging device , but also it can eliminate the harmful effects of package parameters .【期刊名称】《安徽电气工程职业技术学院学报》【年(卷),期】2016(021)001【总页数】4页(P119-122)【关键词】功率放大器;S参数法;负载线法;MESFET管芯【作者】李俊生;唐健;王晓亮【作者单位】盐城师范学院物理科学与电子技术学院，江苏盐城 224002;盐城师范学院物理科学与电子技术学院，江苏盐城 224002;中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室，北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TN72使用MESFET管芯设计制作微波混合集成电路，不仅比管壳封装器件体积小，而且可以消除封装参数的有害影响。

GaAs MESFET分布式放大器设计的开题报告1. 引言本文介绍了一种基于GaAs MESFET的分布式放大器设计。

GaAs MESFET在高频电子学领域中应用广泛，因为它具有高速、低噪声和高增益等优异的性能。

本文旨在探讨如何使用GaAs MESFET设计分布式放大器，并介绍了该设计的原理和实施方法。

2. 设计原理所谓分布式放大器，就是在整个电路中分布式地放置放大器单元，从而达到放大器增益的叠加效应。

GaAs MESFET是一种基于表面电场效应的晶体管，具有非常好的高频特性。

因此，在使用GaAs MESFET设计分布式放大器时，我们可以采用这样一种方案：在电路中分布式地放置多个GaAs MESFET单元，并将它们连接在一起。

每个单元的输出都被馈入下一个单元的输入。

通过这种方式，整个电路的增益可以被不断叠加。

而且，由于GaAs MESFET的高频特性，这种分布式放大器可以实现非常高的工作频率。

除了GaAs MESFET之外，我们还需要使用微带线、电容和电感等元件来构建分布式放大器。

通常，我们使用微带线来连接各个单元，并在微带线之间添加电容和电感来调节电路的特性。

通过这些元件，我们可以使电路达到最佳的增益和带宽。

3. 实施方法使用GaAs MESFET设计分布式放大器，需要考虑以下几个方面：（1）选择MESFET器件型号和工作频率：GaAs MESFET可用的工作频率非常广泛，应根据具体应用场景选择相应的器件型号和工作频率。

（2）设计电路拓扑：在设计电路拓扑时，应考虑如何分布式地放置GaAs MESFET单元以及如何在它们之间添加微带线、电容和电感等元件。

（3）计算电路参数：根据具体的电路拓扑和MESFET器件参数，需要计算出电路的各种参数，包括电路的增益、带宽、输入阻抗和输出阻抗等。

（4）布局和制作电路：电路的布局和制作应遵循高频电路的设计原则，如减小电路的匹配误差、缩短信号传输路径等。

4. 结论使用GaAs MESFET设计分布式放大器，可以获得高速、低噪声和高增益等优异的性能。

基于小信号S参数的功率放大器设计摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTA—C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。

仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为1～26 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于0．5 dB，采用1．8 V电源，TSMC 0．18μm CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。

关键词：Butte目前，微波功率放大器的设计方法主要有以下几种：(1)动态阻抗测量法。

在实际的工作条件下，使用仪器测量功率管的动态输入阻抗以及输出阻抗。

通常输出功率越大的功率管的输入输出阻抗越低，因此不容易得到准确数值。

(2)负载牵引测试法。

现在有专门测量负载牵引用的仪器，把功率管装配到测试架上，接到负载牵引的仪器上面，使用仪器改变放大器输出端口的匹配负载，测量不同负载下的增益和输出功率。

这些数据可以直接在电脑上存取，使用方便，比过去使用的负载牵引的测试方法要简单，但是该仪器价格比较昂贵，只有专业设计生产管子的厂家才会配备。

(3)非线性分析法。

如果能得到功率管的大信号非线性模型，可以使用软件的非线性仿真功能来确定比较合适的负载阻抗和源阻抗，从而得到功率管的非线性性能。

管子模型的建立比较困难，但是建模以后再次使用会比较方便。

(4)小信号S参数分析法。

在小信号设计中确定最佳输出阻抗通常使用负载线法，负载线法的主要工作是计算功率管的负载线，在使用的电压确定的情况下，根据输出功率参考功率器件资料中给定的电流-电压曲线可以得到该曲线，从而确定出最佳输出阻抗的实部。

该方法使用仿真软件就可以进行，不需要昂贵的仪器，适用于大多数的设计情况。

除了高线性的功率放大器外，大部分的功放是工作在大信号状态的，属于非线性器件。

理想情况下，设计者应该使用功率管的大信号参数进行设计，但在大部分情况下，设计者很难获得功率管的大信号参数，器件厂商提供的只有小信号S参数以及静态I～V曲线。