一種2.65GHz高效電流模式D類(lèi)功效放大器設計

　　2 CMCD PA電路設計與仿真

　　針對上述理論分析，我們采用Cree公司的GaN HEMT晶體管CGH40006P設計了一種新型高效CMCD PA。GaN HEMT晶體管因為具有高電子遷移率、高功率密度、高擊穿電壓等特性，已經(jīng)被廣泛應用在高效率、高功率射頻PA中。

　　CMCD PA 需要在輸入端和輸出端實(shí)現平衡和非平衡信號的轉換，因此需要選取合適的功率分配器與功率合成器，本文設計的CMCD PA選取了Anaren公司的巴倫3A625，其工作頻率為2.3~2.7GHz，滿(mǎn)足本設計的要求。

　　根據理論分析，CMCD PA應偏置在B類(lèi)的工作狀態(tài)，通過(guò)直流仿真發(fā)現CGH40006P的開(kāi)啟電壓約為-3.3V，考慮到晶體管的穩定性，我們將CMCD PA晶體管的柵極電壓偏置在-3.4V，漏極電壓偏置在典型的28V。

　　CMCD PA高效率的關(guān)鍵在于輸出諧波匹配電路的設計，該PA的輸出匹配電路結構采用了開(kāi)路枝節微帶線(xiàn)的結構，其電路原理圖如圖3所示。其偏置電路采用了傳統的λ/4(90°)微帶線(xiàn)結構，其不僅能夠為晶體管提供穩定的偏置電壓，并且在2次諧波和4次諧波時(shí)能夠實(shí)現阻抗的短路，經(jīng)過(guò)后續電路的阻抗變換，實(shí)現了在晶體管漏極偶次諧波的開(kāi)路;電路中的λ/12(30°)和λ/20(18°)開(kāi)路枝節微帶線(xiàn)分別在3次諧波和5次諧波時(shí)實(shí)現了阻抗的短路，經(jīng)過(guò)后續電路的阻抗變換，實(shí)現了在晶體管漏極奇次諧波的短路。

　　CMCD PA電路的整體電路原理圖如3所示，輸入電路同樣采用了開(kāi)路枝節微帶線(xiàn)的結構，偏置電路采用了傳統的λ/4微帶線(xiàn)，匹配電路采用了簡(jiǎn)單的L枝節匹配，同時(shí)輸入電路采用了RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò )和并聯(lián)到地的大電阻來(lái)提高電路的穩定性。

　　該PA的電磁仿真結果如圖4和圖5所示，圖4為晶體管漏極電壓電流波形和頻譜，從頻譜中可以看出該PA實(shí)現了晶體管漏極偶次諧波的開(kāi)路和奇次諧波的短路，漏極電流近似為方波，漏極電壓近似為半正弦波;圖5為CMCD PA的效率和輸出功率曲線(xiàn)，在28dBm輸入時(shí)，輸出功率為40.3dBm，PAE為73%。

　　3 總結

　　本文分析了CMCD PA的基本原理和設計方法，提出了一種新型的高效CMCD PA結構，并采用GaN HEMT晶體管設計了一個(gè)工作在2.65GHz的高效CMCD PA，其在EM聯(lián)合仿真中具有12.3dB的功率增益、40.3dBm的輸出功率和73%的PAE。