2、宽带Doherty放大器ADS仿真（带版图）

2、宽带Doherty放大器ADS仿真（带版图）

参考文章：博士论文：高效连续型射频功率放大器研究

传统Doherty放大器由两个单管功放共同组成，其基本结构一般包含2个晶体管，其中一个晶体管往往工作在AB类模式，用于载波放大，其重要目的是使得电路整体在回退时保持高效率。另一个晶体管工作在C类状态，用于峰值放大，其重要目的有源负载调制，并使得整体电路在饱和时保持高效率。

对于有源负载调制原理，有许多作者对其进行了论述，在此主要介绍Doherty功放的设计流程和设计约束。

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宽带Doherty放大器ADS仿真（带版图）

1 设计指标

频率：2.3-3.5Ghz
带宽：1.2Ghz
饱和增益：8-11.7dB
回退增益：11db
饱和效率：>60%
回退效率：>40%

2、数据手册分析

都开始做超宽带了还看什么数据手册
番外1：射频功放晶体管的重要参数

3、直流分析+静态工作点选择

导入CGH40010F模型文件，第一次使用选择解压Design Kit，如果不是第一次使用可以选择管理库文件，我这里不是第一次使用：
选择添加库定义文件：

到模型解压的根目录找到defs文件，点击打开导入库：

新建原理图命名为01_DC_SIMULATION（此原理图用于直流扫描）：

在菜单栏选择Insert，插入模板：

此处插入的是我自定义的模板：

插入后如下所示（一般插入模板还需要根据数据手册对相应电压进行设置，此处插入模板已经设置好了，比如说此处的扫频参数）：

直接点击仿真观察结果：

对于此处的偏置选择，选择载波功放的偏置点为-2.9V，峰值功放的偏置点为-6V。对于-6V的偏置，使得其开启的输入功率约为24.5dBm，如图：

4、稳定性分析

载波功放稳定性：
新建原理图，命名为02_STABILITY_SIMULATION，插入稳定性分析控件，首先对载波功放稳定性进行分析，此处设置载波功放的偏置为-2.9V（此处使用的是大信号S参数仿真）：

对此原理图进行仿真，得到结果，由此可见使用该稳定电路系统可在频带内达到稳定：

峰值功放稳定性（存疑）：
设置峰值功放稳定性偏置为-6V，同样使用上述的稳定性分析原理图进行分析：
对于大信号S参数仿真而言，在此种结构下无论如何调整电阻电容数值都无法使电路稳定，但是在此状态下的S参数有些异常，可能是没有进行匹配的原因：

但是如果使用小信号仿真，那么即使在没有添加任何电阻电容的情况下，结果任然为绝对稳定，这是因为小信号无法推开C类偏置下的管子（-6V），管子根本没有导通，那么此时的稳定性分析是否还有意义？（懂行的欢迎评论区回复）

此处直接参考高效连续型射频功率放大器研究一文中的稳定性电路，但是作者不太清楚为什么如此阻容值能使得峰值电路稳定（6.2pF，20欧姆）：

5、高效率Doherty约束条件

参考高效连续型射频功率放大器研究的3.3节
此处选择最佳基波阻抗为30欧姆，即ZS=ZL=30欧姆。
约束1：饱和时载波功放的基波输出匹配，即在带宽内靠近Smith圆心（谐波弱约束）
电路图：

恰当的约束示例：

约束2：饱和时峰值功放的基波输出匹配，即在带宽内靠近Smith圆心（谐波弱约束）
电路图：

恰当的约束示例：

约束3：回退时功放总输出匹配的实部在2Ropt位置，虚部可变化，二次谐波和J类功放一致（但是弱约束）
电路图：
合理效果图：

6、高效率Doherty输出匹配设计

约束条件已经给出，进行设计也十分简单了，添加相应的目标，对电路进行自动调参：
约束1：饱和时载波功放的基波输出匹配，即在带宽内靠近Smith圆心（谐波弱约束）

约束2：饱和时峰值功放的基波输出匹配，即在带宽内靠近Smith圆心（谐波弱约束）

约束3：回退时功放总输出匹配的实部在2Ropt位置，虚部可变化，二次谐波和J类功放一致（但是弱约束）
Goal4使得回退时功放总输出匹配的实部在2Ropt位置，数值为100是因为ADS中默认的归一化阻抗为50欧姆，而此处归一化阻抗为Ropt，因此此处归一化到100欧姆也就是归一化到2Ropt。
Goal6和Goal7对谐波进行约束，尽量使其位于边缘且在Smith左半面。
Goal11使得回退时功放总输出匹配的虚部关于实轴对称。

使用此三个约束进行Optim，即可得到合适的电路参数与合适的仿真结果:

7、输入匹配设计

输入匹配设计需要先进行源牵引，但是源牵引在大多数情况下区域大致类似，因此一个合适的输入匹配电路可以被N个输出匹配电路共用，即通用性比较强。此处使用之前设计好的一个源匹配电路：
其结果为：

8、宽带功分器设计

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

此处原理图和结果：

9、相位调节线设计

在载波功放的输出匹配前添加相位调节线，调整此线长度，使得载波输出和峰值输出的基波相位一致（也可以在回退状态下使得带宽内效率均值最高）：

此处调整完时的相位线长度为18.9mm。一般在峰值电路输出后也存在相位调节线，但是如果单个调节线可以满足要求，就无需第二个调节线了。

10、后匹配电路

后匹配电路将10欧姆匹配至50欧姆，使用多节微带线匹配：

带宽内结果：

11、版图仿真

将所有结构放置在一张原理图中：

构建电路板图：

设置仿真参数：


运行版图仿真，得到版图结果。

12、版图原理图仿真

仿真结果：
输入功率33dbm：



输出回退6db效率：
41%-55%
记录：