目前，微波功率放大器的設(shè)計方法主要有以下幾種：

　　(1)動態(tài)阻抗測量法。在實際的工作條件下，使用儀器測量功率管的動態(tài)輸入阻抗以及輸出阻抗。通常輸出功率越大的功率管的輸入輸出阻抗越低，因此不容易得到準確數(shù)值。

　　(2)負載牽引測試法。現(xiàn)在有專門測量負載牽引用的儀器，把功率管裝配到測試架上，接到負載牽引的儀器上面，使用儀器改變放大器輸出端口的匹配負載，測量不同負載下的增益和輸出功率。這些數(shù)據(jù)可以直接在電腦上存取，使用方便，比過去使用的負載牽引的測試方法要簡單，但是該儀器價格比較昂貴，只有專業(yè)設(shè)計生產(chǎn)管子的廠家才會配備。

　　(3)非線性分析法。如果能得到功率管的大信號非線性模型，可以使用軟件的非線性仿真功能來確定比較合適的負載阻抗和源阻抗，從而得到功率管的非線性性能。管子模型的建立比較困難，但是建模以后再次使用會比較方便。

　　(4)小信號S參數(shù)分析法。在小信號設(shè)計中確定最佳輸出阻抗通常使用負載線法，負載線法的主要工作是計算功率管的負載線，在使用的電壓確定的情況下，根據(jù)輸出功率參考功率器件資料中給定的電流-電壓曲線可以得到該曲線，從而確定出最佳輸出阻抗的實部。該方法使用仿真軟件就可以進行，不需要昂貴的儀器，適用于大多數(shù)的設(shè)計情況。

　　除了高線性的功率放大器外，大部分的功放是工作在大信號狀態(tài)的，屬于非線性器件。理想情況下，設(shè)計者應(yīng)該使用功率管的大信號參數(shù)進行設(shè)計，但在大部分情況下，設(shè)計者很難獲得功率管的大信號參數(shù)，器件廠商提供的只有小信號S參數(shù)以及靜態(tài)I～V曲線。采用小信號S參數(shù)之前，首先根據(jù)I～V曲線計算出最大功率輸出時功率管的負載電阻，再通過匹配電路對功率管輸出電路進行匹配，就能夠得到最大的輸出功率。同時也需要對輸入電路進行匹配，以得到較高的增益和良好的駐波特性。

　　1 小信號法設(shè)計步驟

　　首先把功率管的小信號S參數(shù)輸入到仿真軟件，對其增益和輸入匹配電路進行優(yōu)化，再利用功率管的I～V曲線確定器件在最大輸出功率時的漏極實部阻抗R。R既可以通過測量得到，也可以通過器件靜態(tài)I～V性來確定。一般來說輸出阻抗純實部負載阻抗R外，還有虛部阻抗，因此需要在在漏源之間并聯(lián)一個電容CDS。器件在封裝的時候會引入很多寄生元件，如果不考慮這些寄生元件得到的匹配電路通常都是不正確的，因此需要確定出封裝器件的這些寄生元件。從器件的小信號S參數(shù)提取則是一種比較方便實現(xiàn)的方法，為了減小工作量，通常使用計算機輔助設(shè)計技術(shù)進行仿真。下面以Fujitsu公司的FLLl77ME為例說明功率放大器的小信號S參數(shù)設(shè)計方法。

　　2 小信號S參數(shù)法設(shè)計功率放大器實例

　　2．1 輸出電路匹配

　　(1)根據(jù)功率管I～V曲線，計算最大功率輸出時的負載線實部電阻R。

　　其中，VD是漏極的偏置電壓；VS為拐點電壓，約為2 V；Idss是飽和漏電流。

　　根據(jù)富士通公司給的FLLl77ME的資料的靜態(tài)I～V曲線，計算電阻最佳負載線可得VD=10 V；VS=1．8 V；Idss=0．6 A，則R=22．8 Ω。

　　(2)輸出端匹配的確定

　　只有正確的優(yōu)化輸出電路，才能得到最大的輸出功率，為了得到準確的R，輸出匹配電路應(yīng)包含管子的封裝參數(shù)，其中包括管子CDS和漏極、源極所有寄生元件，并建立輸出電路仿真模型。從引言中我們知道從功率管的小信號S參數(shù)中可以取得封裝功率管的寄生元件。在軟件中建立模型的時候，這些封裝參數(shù)都需要用電路元件替代。建立好的功率管的輸出電路模型如圖l所示。

　　想要得到最大的輸出功率，必須對管子的匹配電路進行優(yōu)化，應(yīng)先把管子的封裝寄生元件確定。使用測量和EM仿真對于一般設(shè)計者來說是比較困難，因此采用從小信號S參數(shù)中提取的方法。通常這些寄生的元件可模擬成串聯(lián)在柵極、漏極和源極的電感、電阻電路。該仿真模型的電原理圖使用Agilent公司的ADS軟件建立并分析。用ADS軟件的優(yōu)化功能調(diào)整改模型的S參數(shù)，使其和器件給定的小信號S參數(shù)基本相同，這樣就可以使用得到該管子比較準確的寄生元件的數(shù)值。

　　2．2 輸入端匹配的確定

　　除了對輸出端進行匹配外，還需要對輸入端進行匹配，輸入端的匹配可以提高管子的增益，并且對輸出功率影響較小。采用常用的二段阻抗變換線作為輸入匹配電路，同時采用共扼匹配可以得到較高的增益，在仿真過程中要考慮尺寸突變帶來的電磁影響。

　　2．3 整個電路的仿真優(yōu)化

　　在對整個電路進行優(yōu)化設(shè)計時，重要的一點就是原來的功率管必須使用前面擬真出來的的S參數(shù)文件代替，擬真出的S參數(shù)文件的模型是一個兩端口元件，輸入、輸出匹配電路分別接到這個兩端口元件的兩端。輸入匹配電路將50 Ω的源阻抗變換后匹配到功率管的柵極，輸出匹配電路將漏極的輸出阻抗匹配后變換為50 Ω的負載阻抗。同時匹配電路的分布參數(shù)也對頻率有影響，因此合適的匹配電路就是能在需要的頻率和帶寬內(nèi)使管子輸出最大的功率，并且具有較高的增益。整個仿真圖見圖2。

　　3 結(jié)束語

　　通過實際制作出功率放大器，測得功率放大器的增益為11．5 dB，1 dB壓縮點輸出功率為32．3 dBm。根據(jù)FLLl77ME給的資料P1dB典型值為32．5 dBm，G1dB典型值為12．5 dB。由此可以看出匹配電路基本達到了資料給的數(shù)值。本電路是按照最佳輸出功率匹配的，所以輸出功率較大，但是增益有所降低。由測試結(jié)果可以看出，本放大器制作還是比較成功的。小信號設(shè)計技術(shù)主要是簡單易用，不需要專業(yè)的儀器和復(fù)雜的建模，比較合適制作飽和功放。在線性功放制作時由于不能對線性指標(比如P1dB)等進行直接計算，可能導(dǎo)致結(jié)果有偏差，因此設(shè)計者還需要依靠調(diào)試或者經(jīng)驗進行進一步的修正。