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经典负载调制平衡放大器（LMBA）设计-从理论到ADS仿真

news 2025/7/6 0:10:59

经典负载调制平衡放大器（LMBA）设计-从理论到ADS仿真

ADS工程下载：经典负载调制平衡放大器（LMBA）设计-从理论到ADS仿真-ADS工程

参考论文: An Efficient Broadband Reconfigurable Power Amplifier Using Active Load Modulation

变成打工仔已经两个月了，经历了板子调不出的痛苦，平时也要加班，自己瞎鼓捣和写博客的时间也少了很多嘞。好消息就是公司用的AWR，我用ADS自己玩玩挺合适的，没啥毛病纠纷。

LBMA是近几年出的比较新的架构，也是有非常多的研究和变种，下面先对最为经典的论文简单复现，也就是Cripps团队发在IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS的开篇鼻祖：An Efficient Broadband Reconfigurable Power Amplifier Using Active Load Modulation

0、简单结果展示

详情看2.4、漏极效率仿真

频率0.8-2.0GHz
频带内饱和效率差不多是70%以上
6dB回退效率在60%以上
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1、经典负载调制平衡放大器（LMBA）理论

经典的LMBA理论推导和理想仿真在负载调制平衡放大器LMBA理论分析与ADS理想架构仿真中已经简单介绍了，这边简单回顾。

1.1、LMBA架构

LMBA本质是是一种双输入的架构，在实现宽带和高回退方面具备优势。但是与常规的双输入的Doherty、Outphasing这种不同，LMBA使用单独的控制信号（CA）对平衡放大器(BA)组进行调制，依据控制信号相位和幅度的不同，可以将平衡功放对的输出阻抗调制到任意位置，即实现完美匹配。
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1.2、LMBA架构优势

那么，简单来说，假设我们直接获得了输入信号和控制信号，我们进行LBMA设计时，有如下优势：
1、无需设计输出匹配电路，依靠控制信号将阻抗调为完美匹配点
2、对于宽带情况，使用不同幅度、相位的控制信号就行，宽带能力极强，除了结构中的3dB电桥外无结构限制

但是，宽带电桥是非常常见的，超倍频程也是轻轻松松。

2、经典负载调制平衡放大器（LMBA）电路设计

2.1、宽带耦合器设计99Coupler/DA_BLCoupler1_01_3dB_Bridge

参考在ADS中使用传输端口参数构建理想元器件模型—以3dB电桥为例或者分支线定向耦合器宽带化设计和ADS仿真里面的方法进行宽带耦合器的设计。作者原文使用的是0.8–2.4的宽带耦合器，此处使用在ADS中使用传输端口参数构建理想元器件模型—以3dB电桥为例中的理想耦合器代替：
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2.2、输入匹配电路设计

在02InputMatchDesign/SourcePull中进行SourcePull（按照原文的要求，电源电压设置为18V）：
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仿真得到的结果如下所示：

使用上述的方法对其他频率的源阻抗进行牵引，具体的操作方法可以参考：番外5：ADS功放设计之负载牵引与源牵引。参考原文的电路结构，设计了如下的输入匹配电路（02InputMatchDesign/InputMatchSub）：
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匹配的版图仿真结果如下所示（02InputMatchDesign/InputMatchTest）：

2.3、输出匹配电路设计02OutputMatchDesign/02OutputMatchCir

经典的LMBA的输出匹配电路一般来说要求尽量简单，以免影响控制信号对平衡PA的调制，参考原文的设计，输出匹配电路如下所示：
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2.4、漏极效率仿真

在03AllCirTest/AllTestLMBA文件中，构建如下的效率仿真原理图，按照原文的要求，控制信号功率为2W（33dBm），假设控制信号的效率为70%（漏极效率的计算考虑了控制信号的输入）：
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此时需要扫描控制信号的相位以及输入功率。运行仿真，得到功放在800MHz的效率曲线如下所示：

修改频率后重新运行仿真，得到功放在1600MHz的效率曲线如下所示：

修改频率后重新运行仿真，得到功放在2000MHz的效率曲线如下所示：
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可以看到，在0.8-2GHz范围内的饱和效率和回退效率都杠杠的，有60%多。

3、LMBA调制理论分析和实际对照

04TheoryAnalysis/TheoryLMBA_Mag原理图中，我们假设输入信号为30dBm，控制信号为33dBm，此时运行仿真：
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对于上图，综合考虑效率和输出功率，选择相位差-210点作为最佳的点。下面我们看看相位差-210°会把BA的阻抗调制到什么位置（左图是封装平面，右图是电流源平面）：

对于上面的图片，左边的封装平面的调制结果，熟悉CGH40010F管子的都应该知道这其实大致在高效率和高增益的交叠区域附近。如番外5：ADS功放设计之负载牵引与源牵引的牵引结果（如果）：
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