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