毕业设计 基于ADS软件的微波功率放大器的设计与仿真.doc

基于ADS软件的微波功率放大器的设计与仿真 绪论 1.1微波功率放大器的应用与归类 自从人们利用电磁波来传递信息以来，频率低端资源已经得到了较充分的 开发，剩余空间很小；另一方面，频率高端具有一些频率低端无法比拟或无法实现的特点或优点，比如微波、毫米波能够穿透地球大气电离层，实现航天通信，所以开发频率高端具有现实意义。频率高端中的微波是目前应用的重点。这导致了微波有源电路研制的繁荣。在几乎所有的微波系统中，都离不开对信号的放大，所以微波放大器在有源电路中占据了突出的位置。 微波功率放大器在微波领域应用比较广泛，比如在雷达、通信、导航、卫星地面站、电子对抗设备中都需要它。如在有源相控阵雷达中，微波功率放大器就扮演着重要的角色。有源相控阵雷达的重要组成部分是T/R组件，T/R组件是系统成本高低的决定性因素之一，其性能的好坏将影响相控阵雷达系统的发现能力、作用距离等技战术指标。在T/R组件的设计中一方面要求有高功率，同时还要求体积小、重量轻，可靠性高、成本低等。微波功率放大器作为T/R组件的重要组成部分，直接决定上述技术参数：微波功率放大器还能制成固态发射机，用于导弹寻的头雷达；在通信中，微波功率放大器广泛用于小功率或低数据率终端；在电子战中．微被功放可制成有源诱饵，避免飞机被导弹攻击。总之，在需要对微波信号进行功率放大的设备组成中都离不开微波功率放大器。 微波放大器分为微波小信号放大器和微波功率放大器。他们本质上都是对信号进行放大．但侧重点不同：微波小信号放大器的输入信号幅值很小，输出功率也很小，小于毫瓦级，而单管微波晶体管功放输出功率可达几百毫瓦或瓦极以上。功放指标除满足一定的增益、驻波比，频带外，突出的要求是提高输出功率、效率及减小失真。 微波放大电路的核心是微波晶体管。他包括微波双极晶体管、肖特基势垒栅场效应晶体管(GaAs MEs FET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、和异质结取极晶体管(HBT)。一股情况下，双极晶体管用在6GHz以下的微波频率，因为在此频段低端，GaAs FET不易实现匹配，而其噪声系数仅比双极晶体管改善0.2-0.3dB。在毫米波频段主要使用HEMT和HBT。微波晶体管和微带线相结合便构成了微波放大器的主干。再加上偏置电路和其他一些辅助电路就成为微波混合集成电路(HMIC)。 按照微波功率放大器级联的个数的不同可以分为：单级功率放大器及多级功率放大器。单级功率放大器就是放大电路中只有一个功率管；多级功率放大器是两个以上单级功率放大器串接在一起，他们的级间进行相应的连接，优点是可提高增益平坦度，但其结构随级数的增加变得比较复杂。在功率管的有效工作范围内，级数越多，输出功率越大，但在很多情况下需要将较小功率组合成更大输出功率的方法，不是使用单端级联方法，而是使用功率合成技术。 根据电路形式的不同，微波功率放大器可以分为平衡式帮非平衡式。非平衡式放大器的电路结构比较简单，前者多用于功率较小的驱动级，后者多用在大率输出级中。平衡式放大器的优点是具有低的输入输出电压驻波比、各放大级很容易级联起来、级间有很好的隔离、晶体管阻抗特性变化时对整个放大器的增益和匹配状态影响较小，缺点是结构比较复杂。 针对不同的工作频带可分为窄带放大器和宽带放大器。当频带为培频程以上的放大器称为宽带放大器，当频带为多倍频程以上时称为超宽带放大器。对 于频率很高的功率放大器，频带很难做宽，有时百分之三十到百分之五十的频 带也称为宽带功率放大器。与之相反的就是窄带放大器。 微波功率放大器的发展象许多其他技术设备的发展经历一样是伴随着材料和器件的发展而发展。二十世纪六十年代以前，微波功放还是由真空管、波导等器件组成。六十年代，微波领域出现了较大的技术变革：一是研究出了许多微波固态有源器件；二是微波平面传输线的深入研究和实用化。这一切导致了微波混合集成电路(HMIC)的出现，七十年代，随着半导体器件性能提告、成本的降低，HMIC开始走向成熟，尤其是砷化镓的优良特性，更加促进了HMIC的发展，由于HMIC的微波功放具有频带宽、相位线性度好、供电简单、体积小、重量轻等优点，使之成为微波功放设计形式的主流。 1.2 微波器件介绍 目前国内外的HMIC微波晶体管功率放大器主要包括硅双极型晶体管(BJT)功率放大器、硅金属氧化物场效应管(MOSFET)功率放大器和砷化镓金属半导体场效应管(MESFET)功率放大器。BJT功率放大器的连续输出波高达250W以上(0．5GHz单管放大)。脉冲功率已高达1000W(1GHz短脉冲单管放大)：场效应管功率放大器的连续波单管输密功率在O．5GHz时达到150W以上，在1．5GHz时也达到50W；MESFET功率放大器单管连续波输出功率已达到25W，其工作频段3.7-4.2GHz5.9-6.4GHz，最高工作频率