可變增益的功率放大器單片微波集成電路

FET工作在飽和區時(shí)的跨導g_m，I_ds與V_gs的關(guān)系如圖2所示。FET₁的柵壓V_gs保持不變，則源漏電阻值的變化不會(huì )很大，在工作點(diǎn)的阻抗約為10Ω，由歐姆定律可知，V₁的電壓值由I_ds決定。FET₂的漏壓V_ds保持不變，V_c變化時(shí)，FET₂的柵壓相應變化，由圖2的曲線(xiàn)可以看出，當柵壓變化時(shí)，g_m會(huì )產(chǎn)生變化，FET₂的放大倍數則相應改變。同時(shí)，FET₂的柵壓變化時(shí)，根據圖3，I_ds會(huì )有較大的變化。根據之前的分析，I_ds變化時(shí)，V₁的值也會(huì )相應產(chǎn)生較大的變化，當V₁小于1V時(shí)，FET₁工作在圖3中的線(xiàn)性區，增益受漏壓影響較大，所以當V₁變化時(shí)，FET₁的放大倍數也會(huì )相應變化。這樣，FET₁和FET₂的增益都受V_c的控制，其共同的增益變化量成為功率放大器的增益變化范圍。

圖2 g_m，I_ds與V_gs的關(guān)系曲線(xiàn)

圖3 V_ds，V_gs與I_ds的關(guān)系曲線(xiàn)

2 功率放大器的設計原理

本 文選用中國電子科技集團公司第十三研究所GaAs PHEMT 工藝線(xiàn)的模型進(jìn)行功率放大器的設計，GaAs PHEMT 場(chǎng)效應管總柵寬1mm的輸出功率為0.6 W，若需要輸出33 dBm，即2W 功率，末級總柵寬需4mm，使用4個(gè)功率單元，每個(gè)單元總柵寬1 mm。要得到高效率的功率放大器，需要仔細考慮每一級場(chǎng)效應管的總柵寬比，可以達到最大效率。

根據設計目標確定相應的電路拓 撲結構，拓撲結構的選擇決定著(zhù)整個(gè)電路的性能，對有源器件進(jìn)行負載牽引，找出有源器件能夠輸出最大功率時(shí)的輸入和輸出阻抗在阻抗圓圖上的位置。本文所用1 mm柵寬模型如圖4 所示，圖4(a)為模型版圖形，用于進(jìn)行器件建模，圖4(b)為通過(guò)測量參數擬合的大信號模型。輸出匹配網(wǎng)絡(luò )的設計著(zhù)眼于最大的功率輸出，拓撲結構如圖5所示。

圖4 1 mm柵寬器件模型

圖5 功率放大器拓撲結構