19、ADS窄带F类功放设计使用记录
博主也刚接触RF PA，写这个F类功率放大器有很多问题。除了连续F类、扩展连续F类、高级扩展连续F类、高级混合扩展连续F类功率放大器，很多人设计(指论文)的不是我想象的: Q1.在一些论文中，单点频F类功放多次牵引谐波。F阻抗条件确定了吗(指开路短路)？ Q2.在一些论文中，谐波控制网络不考虑包装和寄生效应，因此电压波形根本不方便，即阻抗条件不符合常规F类，尽管效率可能不低。
所以我觉得只要控制谐波，就可以算是广义的F类。不知道这个理解对不对。如果有大佬懂，可以在评论区回复。
下载源文件
https://download.csdn.net/download/weixin_44584198/85550957
1.设计指标和实际结果
中心频率：2.4Ghz 输出功率：10w（40dbm） 回波损耗小于-15db 漏极效率大于75% TOI/IP3：-45dbm
2.数据手册分析
我们都开始做超宽带看数据手册。 1:射频功放晶体管的重要参数
3、直流分析 选择静态工作点
导入CGH40010F第一次使用解压模型文件Design Kit，如果不是第一次使用，可以选择管理库文件。这不是我第一次使用它：
选择添加库定义文件： 找到模型解压的根目录defs单击文件打开导入库： 新原理图命名01_DC_SIMULATION(本原理图用于直流扫描): 选择菜单栏Insert，插入模板：
我自定义的模板插入在这里: 插入后如下所示(一般插入模板也需要根据数据手册设置相应的电压，此处已设置插入模板，如此处的扫频参数): 点击模拟观察结果： 选择界面移动相关数据mark改变电路的工作状态，选择漏极电压28V、栅极电压-2.8V。从图中可以清楚地看出，此时的导角为232度，按照AB工作效率最高可达近50%。
4.稳定性分析
新原理图命名为02_STABILITY_SIMULATION，插入稳定性分析控件：
对此原理图进行模拟，得到结果，可见使用该稳定电路系统可在频带内实现稳定：
5.谐波控制网络设计
我们知道F类功率放大器最明显的特点是它对谐波的控制。一般来说，F类功率放大器需要奇数谐波开路和偶数谐波短路。因此，在负载牵引之前，我们需要设计这个谐波控制网络。 谐波控制网采用以下结构形式： 分析以上电路： 在ADS使用理想的微带线元件构建上述电路图： 对原理图进行仿真，观察所得结果，发现其对偶次谐波短路，对奇次谐波开路，符合阻抗条件（注意此处只控制到三次谐波）：
6、(拓展)考虑寄生效应的谐波控制网络
上述所设计的谐波控制电路没有考虑到封装效应和寄生效应，针对此次使用的管子，网上有一套现成的封装模型，添加后如下所示（一堆电感电容就是其封装模型）： 此处给出更加清晰明了的解释： 此处使用（知网）文章中的简化模型（与完备的寄生和封装等效模型相比少了一个T型结构，谐波控制电路略有不同但是原理相似）： 按照文章中的模型进行建模，设置参数自动调制OPTIM控件，运行参数得到最佳的数值： 观察最后的结果，最终结果如下所示（可以看到设计在考虑寄生参数的情况下依旧能满足开路短路条件）：
6、负载牵引与源牵引
对于谐波控制类功放F类来说，负载牵引往往只需要牵引基波，因为我们已经知道如何设置谐波的阻抗了。打开负载牵引模板，将上述设计好的谐波控制电路与稳定性电路插入到原理图中去，插入后如下所示： 合理设置红色框中的相关参数：
运行原理图，得到阻抗点M1位置,负载牵引阻抗为18.362-j13.971欧姆，在此处兼顾了增益和效率，预计可以得到约为78.5%的功率附加效率和10db的增益：
下面进行源牵引，插入源牵引模板，设置谐波控制电路和稳定电路：
设置好红色框中的参数：
点击运行仿真，得到高效率阻抗区域如下所示，可以看到源阻抗在7.815-j*2.380时达到效率最大值：
返回负载牵引原理图，填入之前牵引得到的源阻抗，再次进行仿真，得到最终的结果如下所示。使用第二次负载牵引的数值作为设计时使用的数值（19.484-j*14.453）：
7、输出匹配电路
先进行输出匹配电路设计，输出匹配采用L型匹配方式，构建如下的电路图：
打开Smith绘图界面，使用L匹配的方式进行匹配：
点击生成电路并运行仿真，发现匹配效果良好：
将匹配电路和之前设计的谐波控制电路一起插入到单个原理图中并连接相关器件，将器件转换为实际的微带线，此处使用板材ROGERS4350B：
设置相应的Goal并对原理图进行参数自动调整，调整后得到如下结果： 对原理图进行OPTIM，得到最终结果：
8、输入匹配电路
构建如下的输出阻抗匹配电路，使用SMITH chart进行匹配： 使用L匹配进行输入匹配： 将其转换为实际的电路图，使用4350B板材（此处将稳定电路一起加上了）： 对此输入匹配进行测试，和输出匹配一起： 最后进行仿真测试，发现在原理图仿真时可获得82的漏极效率和大于10db的增益：
9、版图仿真
将输入和输出匹配电路放置到新原理图中： 生成版图并合理排放（正常来说会使用弧形或者对称结构来减小面积，此处图方便就省略了）： 在连接出插入相关的端口： 设置仿真的频率参数等等： 设置板材4350B: 点击运行仿真，得到结果，在得到结果后建立symbol： 新建原理图，命名为Co_sim，插入上述电路板symbol，并进行连接： 设置仿真选项为emmodel：
对此原理图进行联合仿真，得到结果。可以看到在输入功率29dbm时候漏极效率达到百分之80，增益大于10db，符合要求：