基于SiC器件的高效E类功率放大器
来源： 作者： 发布时间：2014-12-03 09:45:26 浏览量：(2)
此处f取中心频率1GHz,，由CREE公司提供的数据显示CRF24060的Cds=5pF，于是Cshunt取5pF。代入电感器厂家公式(3)计算可得RL=5.8Ω，X=6.7Ω
至此，已经算得输出阻抗匹配电路所需的元件值。接下来利用ADS的单短线匹配工具设计出阻抗为5.8+j6.7的负载，并将之变换到50&贴片电感Omega;，最后得到的输出匹配网络如图3所示。
图3 完整的ADS仿真电路图
5 仿真及实验结果
采用谐波平衡法对电路进行仿真分析。首先要验证功率放大器是否工作在E类状态，这可以从晶体管漏极电流和电压是否正交来确定。图4是仿真得到的漏极电压和电流的曲线，晶体管的漏极电流和电压的峰值不同时出现，符合E类功放的工作条件。两个波形的正交性并不理想，这主要是因为输出阻抗匹配网络所带来的偏差。
图4功放漏极电流和漏极电压的曲线
依据仿真电路图，采用介电常数为2.65高频板材的制作实际电路版图，如图5所示。实验中采用了RFHIC公司生产的RFC1G18H4-24芯片作为前极驱动放大器，使待测功率放大器的输入功率可以达到34dBm，测量中所用的衰减器的大小为32.5dBm。本文使用Maxim公司生产的MAX868芯片，给电路提供所需的负偏置直流电压，经过仿真分析和调试优化，选择-9V电压作为电路的负偏置电压。
将功放的工作频率设为1GHz，在恒定输入功率为2.5W的情况下，改变功放的工作电压，研究功放的输出功率，漏极效率和附加效率相应的变化，得到的仿真结果和实验结果分别如图6，图7和图8所示。仿真结果和实验结果基本上是保持一致的，实验得出的数据要稍微低于仿真得出的数据，这是由于高频板材的不理想所造成。
图5 实际制作的E类功率放大器
从图6可看出，功放的输出功率随着工作电压的增大而增大，在35V时，仿真的输出功率达到47W，实验结果也达到了32.5W。图7显示，漏极效率的曲线基本是平稳的，说明输出功率受工作电压的影响不大，仿真结果在75%左右波动，实验结果一体电感在60%左右波动，其中在工作电压为15V时，可以达到最大效率68%。图8所示的是附加效率曲线，可以看到在10V到35V范围内功放的附加效率呈现出很好的平坦性，这可以给功放的实际应用带来很大的便利。
图6 输出功率随工作电压的变化曲线
图7 漏极效率随电感器图工作电压的变化绕行电感器曲线
图8 附加效率随工作电压的变化曲线
6 结论和展望
本文设计，仿真并制作了基于SiC MESFET器件的L波段E类功率放大器，输入输出阻抗匹配电路均采用微带线实现。在工作电压设为35V，输入功率为2.5W的情况下，实际测量的输出功率可以达到32.5W，在频率为900MHz附近，漏极效率可以达到64%，增益可以达到10dBm。从以上特性可以看出，基于SiC器件的E类功放具有很好的性能，在新一代的无线通信中将会有广阔的应用前景。
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