Doherty功放ADS仿真(2)

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灵异事件 发表于 2023-11-3 14:46:29|来自:北京 | 显示全部楼层 |阅读模式
上一回自我感觉写得真是太拉了,实在是不好意思。可能是因为是晚上突发奇想地就写了,写完没有检查就发出去了,这次应该不会了,我发出来之前会仔细地读一下。
好,书接上文,上一回说了很多小技巧(废话),这一次说一说功分器的设计。功分器,顾名思义,就是将输入功率分成两路相等或者不相等的输出功率的器件(我们这里用的是等功率分配器,即两路输出功率是相等的)。将这两路输出功率作为主功放和辅功放的输入功率。
这里我还是简单的说一下Doherty功放的原理吧。其实很简单,DPA分为三个阶段:低功率、中功率和高功率阶段(我是这么叫的哈)
低功率阶段:即输入功率小于峰值功放的开启功率(这里的输入功率是指一路的输入功率,因为两路的输入功率都是相同的,所以指的那一路都阔以)。此时,主功放先工作,辅功放是不工作的。另外再多说一句哈,辅功放的开启电压是由晶体管的栅压控制的,接下来辅功放的设计中也会说到。
中功率阶段:即输入功率等于并继续增大到  大于峰值功放的开启功率,此时主功放效率达到最大,辅功放开始工作。
高功率阶段:主功放和辅功放输出效率都达到最大值。
上一话里的Doherty的总体电路图好像也有点问题(不过现在已经修改了)。在不同的阶段,Zc和Zc1是不一样的(上一话的电路图里有Zc和Zc1的位置),阻抗逆变线作用就是将不同状态的Zc对应到Zc1。附图如下:


左边的是Zc,右边的是Zc1.
其实这种东西真滴不好解释,原理方面的东西还是要去看论文,至少有源负载理论和四分之一波长阻抗变换线(两边的阻抗相乘等于中间阻抗的平方)如果不看论文就来看这篇文章,可能会觉得看不懂,一些步骤为什么这么操作都是有一些原理的。(哈哈,,不过可能你看了原理再来看我写的这篇小说也有可能看不懂,因为写的实在不咋地哈哈)
好,正式开始啦!!!!!!!
一、功分器的原理
首先了解功分器的大概组成,这里以威尔金森功分器举例,我们本次设计也要做的就是威尔金森功分器,大体结构如下:


这里的Z0代表输入端口,也就是通常的50欧姆。由输入端口分为两路,输入到上支路和下支路当中。负载电阻分别为R2和R3。不过在实际中,R2和R3一般换成50欧姆的传输线。r是用于增加隔离度的电阻。
如果你要获得指定的功分比(即下文的k)的话,需要在Z02(Z03)和R2(R3)之间加入特定的四分之一波长阻抗变换线Z04(Z05)。所以,最终得到的电路图如下:


图中的Z02是由下式计算出来的:


式子中的k是由下面这个得到的:


我们要设计的是两路功率相等的功分器,故P2=P3,即k=1,所以Z02=Z03= \sqrt{2}Z0 。
Z04和Z05是由阻抗变换理论求出来的,如下:


我们设计的是等功率分配器,所以可以得到上述的参数值为


小伙伴们可以将Z0=50欧姆带入,可以算出Z04=Z05=50欧姆,Z02=Z03=70.7欧姆。
好了到此为止,功分器的理论部分就简单的介绍完了,其实这是根据我师兄设计的功分器简要摘抄下来的,如果你想知道详细的推导过程,可以去CSDN搜一下我师兄的文章。嗯,就是这样,下面介绍用ADS来仿功分器。

一、功分器的仿真
此次设计的是在3.4-3.6GHz的DPA,中心频率为3.5GHz,利用ADS的linecalc来计算不同阻抗的四分之一波长微带线的长度和宽度(Z02\Z03\Z04\Z05都是四分之一波长)。如下:


设置完板材参数后,我们要得到的Z03(Z02)为70.7欧姆,Z04(Z05)为50欧姆,设置电长度为90(代表四分之一波长),阻抗分别为对应的阻抗值,计算可以得出,70.7欧姆时长为13.07mm,宽为0.86。50欧姆时长为12.72,宽为1.63。图如下:



板材参数



计算长度和宽度

好,现在前期准备已经做完了,可以开始进行各个部分的组装了。
1.输入的设计
输入的设计很简单,一段微带线就阔以啦,没啥好说的,而且经过我的计算,他的微带线的长度是不影响最后的结果的,本次设计选择5mm,如下:


2.Z02和Z03的设计
由上文可以得到13.07mm的长度,下图是经过稍微修改之后的,这里我设置了变量来代表宽度和长度(为了图省事)。还要解释一下的就是,为什么宽度变成0.88了呢,是由于整体电路图仿完后的手动的微调改变的,大家也可以设置成0.86,都没有关系,最后都是阔以实现的。



好像看不太清,我再放一张参数值的图


这里细心的小伙伴可能会发现,我的Z02加起来时不等于13.07(不会有人  没有把两个四分之一圆弧算进去吧哈哈,不会吧不会吧),这也是由于后来修改的缘故。大家不用在意,就照着Lineclac上计算出的来,结果是可以满足要求的(我打包票,不是的话来喷我吧)。
还需要注意的是,隔离电阻R也是有长度的(如下图)



隔离电阻

因为隔离电阻r也有长度的关系,所以在分配各段微带线的长度时,必须要把电阻长度也考虑进去。我们必须保证着左右两边是一样宽的,不然就会导致版图的分离或者重叠,很麻烦(如下)。


各段微带线所占的长度和宽度只需要后期满足版图的要求就阔以了,大家可以先随便分配着,只要总长度满足要求,两边长度相等就阔以了。最后得到的性能都是一样的,后期也阔以再改。
隔离电阻我选择了300欧姆(其实100欧姆就阔以了)。
2.Z04和Z05的设计
和上面一样,这个就很简单啦,随便分配一下就阔以啦


嗯,至此,都设计完啦,,我们来跑一下仿真,看一下怎么样

三、曲线图
哦对了,在曲线图之前,还要编一下公式,对应路的电流名称要正确哈



1是上支路,2是下支路


可以看出,很棒棒啦(其实都是这样的,平平无奇)
再看一眼S参数


回波损耗小于-30dB,插入损耗大于-3.2dB,隔离度也小于-30dB,很棒棒啦!(哈哈哈哈,现实中写到这我是真的笑了)。
嗯,最后再看一眼版图:


如果不考虑电阻的长度,就会出现这种情况,重叠或者分离,所以必须要保证两边的长度是相等的。结果如下:



最终的版图

ok,写完了,不过好像忘了放最后的原理图了,嗯,在这补一张吧:


就这样啦,这次真滴累死我了,小弟的文笔实在是不行,可能结构安排上有点不通顺,大家多多包含哈。
有啥问题或者发现啥错误就评论或私信我,我会在看到的第一时间改正的。
结束结束,下次见!!!!!!
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dudelee 发表于 2023-11-3 14:47:26|来自:北京 | 显示全部楼层
请问中间那个III=5是什么参数呀
warkinger 发表于 2023-11-3 14:47:50|来自:北京 | 显示全部楼层
应该是先前我设的一个变量,,然后后来没有用到,我也没删
紫色梦烙印 发表于 2023-11-3 14:48:42|来自:北京 | 显示全部楼层
欧克欧克,了解啦
xiaozao 发表于 2023-11-3 14:48:59|来自:北京 | 显示全部楼层
为啥圆弧微带线和微带线连不起来,该如何解决
mjfh 发表于 2023-11-3 14:49:31|来自:北京 | 显示全部楼层
连不起来呢是是啥个意思?
zk2008 发表于 2023-11-3 14:50:11|来自:北京 | 显示全部楼层
为什么我的优化后还是一条斜线啊[大哭]
loveinter2003 发表于 2023-11-3 14:51:06|来自:北京 | 显示全部楼层
不用考虑phase嘛?
1qaz 发表于 2023-11-3 14:51:26|来自:北京 | 显示全部楼层
不用考虑,一个简单的等分功分器在最后的版图设计中影响几乎可以忽略不计
ymabianzi 发表于 2023-11-3 14:52:07|来自:北京 | 显示全部楼层
可能电路哪里设错了吧,,比如说微带线的单位啥的
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