射頻功率放大器的設(shè)計(jì)離不開(kāi)ADS的仿真，在仿真中往往采用負(fù)載牽引的方法。相信大家一定都遇到過(guò)仿真結(jié)果不收斂而導(dǎo)致仿真停止的情況。這是一篇關(guān)于ADS負(fù)載牽引設(shè)計(jì)的總結(jié)，寫(xiě)得不錯(cuò)，特此轉(zhuǎn)載，希望能夠?qū)Ω嗟娜似鸬綆椭饔谩?/span>

加入ADS 群半年多來(lái)，不時(shí)在群里面碰到有人問(wèn)做負(fù)載牽引時(shí)出現(xiàn)的不收斂問(wèn)題，雖然自己也自告奮勇的出來(lái)聊幾句，奈何自己的文采有限，無(wú)法說(shuō)清楚這個(gè)問(wèn)題。其實(shí)我自己半年前也曾為此問(wèn)題困擾一個(gè)星期之久，幸好有群里面的流星和羽纖二位大哥的指點(diǎn)，二位大哥對(duì)我在ADS 操作和射頻微波功放方面的困惑進(jìn)行了無(wú)私的指點(diǎn)，加快了我完成了雷達(dá)發(fā)射機(jī)的研制進(jìn)程，對(duì)此我深表感謝。前些時(shí)候，群里面部分同樣如我半年前一樣在負(fù)載牽引上遇到困惑的人邀請(qǐng)我寫(xiě)一個(gè)實(shí)例，用這個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明如何解決負(fù)載牽引中碰到的不收斂問(wèn)題，由于這幾天我剛接手了另外兩個(gè)雷達(dá)發(fā)射機(jī)的研制項(xiàng)目，一直沒(méi)有抽出足夠的時(shí)間來(lái)寫(xiě)，今天有時(shí)間就做個(gè)注解，寫(xiě)得不好，不要介意，但愿本文檔對(duì)一些剛?cè)腴T(mén)的新手在碰到負(fù)載牽引時(shí)出現(xiàn)的不收斂問(wèn)題能提供一些幫助。

下面我以freescale的新一代功放管MRF6V2300作為例子來(lái)說(shuō)明負(fù)載牽引問(wèn)題。MRF6V2300 是freescale 推出的新一代功放管，CW 輸出功率為300W，額定漏工作電壓為50V，工作頻率為10-600MHz，價(jià)格僅500 元一只，是米波雷達(dá)和廣播電視發(fā)射機(jī)的廉價(jià)實(shí)用管子。其DATASHEET 上提供了三個(gè)典型的頻率點(diǎn)的輸入和輸出阻抗：27MHz，220MHz，450MHz。

參考靜態(tài)偏置電壓典型值為2.6V時(shí)，其靜態(tài)偏置電流典型值是900mA，因?yàn)楸容^容易，這里面我不作靜態(tài)電流的仿真了，直接采用靜態(tài)偏置電壓2.6V（ADS仿真結(jié)果是919mA）。

先仿真頻點(diǎn)f1=27MHz，datasheet 上顯示其輸出負(fù)載Zload=3.50+j*0.19。我們打開(kāi)ADS，新建一個(gè)空白原理圖，在其工具欄的DesignGuide上點(diǎn)擊下拉菜單中選擇Amplifier 點(diǎn)1-Tone Nonlinear Simulations 展開(kāi)，選擇Load-Pull-PAE,Output Power Contours 然后點(diǎn)擊OK按鈕就行了，出來(lái)如圖1 所示的原始原理圖和圖2 所示的原始仿真圖：

?圖1、Load-Pull 原始原理圖

?圖2、Load-Pull 原始仿真圖

對(duì)圖1，我們首先更換管子成我們要測(cè)試的MRF6V2300N，把兩個(gè)圖標(biāo)都換上，然后輸入功率Pavs 改成20dBm，頻率RF freq 改成27MHz，漏電壓Vhigh改成50，柵壓（偏置電壓）改成2.6，其它都不變，如圖3 所示：

?圖3、更換成MRF2300N后的原理圖

這里面輸入功率之所以選擇20dBm 是因?yàn)樵谶@么的頻率，其輸入輸出阻抗都比較大，其增益很高，稍微大點(diǎn)其輸出就飽和了，有可能會(huì)導(dǎo)致不收斂，不利于以后的調(diào)整，接著點(diǎn)仿真按鈕，結(jié)果如圖4 所示：

?圖4、換成MRF6V2300N后的仿真圖

從圖4 可以看到，在輸入為20dBm的情況下，其輸出已經(jīng)達(dá)到了53.79dBm了，這離其典型輸出功率300W（54.7dBm）已經(jīng)很接近，但我們從圖4 的左下角的坐標(biāo)圖中看到其功率圓和效率圓的圓心都沒(méi)有顯示出來(lái)，對(duì)圖4左下角的坐標(biāo)圖局部放大如圖5所示：

?圖5、左下角坐標(biāo)圖局部放大圖

從圖5 中，我們可以看出，其功率圓和效率圓的圓心在圖的正左方，我們重新設(shè)定圖1 中原始圖的圓心，我們大膽猜測(cè)其圓心s11_center 為-0.75+j*0.0，半徑s11_rho 為0.2，并將采樣點(diǎn)數(shù)改為500，如圖6 所示：

?圖6、重新設(shè)置圓心和采樣點(diǎn)數(shù)

為何半徑要設(shè)置成0.2 呢？而不是0.3 或者更大呢？大點(diǎn)不是好嗎？半徑大點(diǎn)能把所有可能的情況都仿真進(jìn)去，何樂(lè)而不為呢？不行！因?yàn)橐獡纹频模∫粋€(gè)原則是你仿真的范圍不能超過(guò)1！也就是你坐標(biāo)圓的圓心加半徑不能超過(guò)1！為保險(xiǎn)起見(jiàn)，二者之和最大為0.99！個(gè)人喜歡兩者之和為0.99，因?yàn)槟承┕茏虞敵龉β屎艽螅漭斎胼敵鲎杩购苄。坏?.99 功率圓和效率圓可能沒(méi)出來(lái)！如本例，如果半徑是0.3 的話(huà)，就不收斂了！為何采樣點(diǎn)數(shù)為500？這個(gè)···那個(gè)···純屬個(gè)人喜好，如果你喜好，你也可以改成1000，不過(guò)這樣你的電腦反應(yīng)速度就慢了，電腦差點(diǎn)，單核的話(huà)可能要花好幾分鐘時(shí)間。如果你是四核或八核，那你可以設(shè)置的大點(diǎn)如2000 都沒(méi)有關(guān)系，反正你電腦好愛(ài)咋咋地，你就折騰吧！不過(guò)采樣點(diǎn)數(shù)大了，有時(shí)候會(huì)不收斂的，一般500 點(diǎn)左右比較好收斂！這也是我喜歡用500點(diǎn)的原因！（想發(fā)財(cái)?shù)呐笥芽梢愿某?88點(diǎn)哈！）這樣經(jīng)過(guò)25.38秒時(shí)間后（我的機(jī)子速度好慢啊，如果你仿真時(shí)間少于我，那只能說(shuō)明你的電腦比我的好，不能代表你的水平比我高！如果你的仿真時(shí)間比我多，那你太弱了，說(shuō)明你該換電腦了！），仿真結(jié)果出來(lái)了，如圖7 所示：

?圖7、改變半徑、圓心和采樣點(diǎn)數(shù)后的仿真結(jié)果

從圖7 可以看出，效率圓（紅色）和功率圓的圓心都出來(lái)了，最大輸出功率是54.48dBm,最大效率是74.74%，可見(jiàn)輸出功率已經(jīng)接近額定輸出功率54.7dBm（300W）了，我們可以繼續(xù)加大功率，把輸出功率加大到300W 了。別急，急了吃不了熱豆腐！我們的目的是什么來(lái)著？測(cè)出最大輸出功率對(duì)應(yīng)的輸出阻抗和效率！所以我們還得繼續(xù)從圖7 中找些有用的信息來(lái)！別忙，我們先局部放大圖7 中的右下角的圖如圖8 所示：

?圖8、仿真結(jié)果圖右下角放大部分

為什么用右下角的圖？而不是左上角的圖？純屬個(gè)人喜好，我就不喜歡某些高高在上的人，就算圖我也不喜歡高高在上的那兩幅，而喜歡很謙虛的下面兩幅，下面兩幅圖我用著舒坦！相信等我介紹完了下面兩幅圖的妙處之后，你也會(huì)喜歡底下哥倆的！好，現(xiàn)在把最大輸出功率框圖移到移動(dòng)到圖標(biāo)m3附近，這樣看得清楚些，如圖9 所示：

?圖9、移動(dòng)功率框圖后到m3光標(biāo)附近

好了，你現(xiàn)在可以放大圖9 中的功率輸出圖，放大后如圖10 所示：

?圖10、輸出功率圓放大圖

現(xiàn)在你可以很方便地移動(dòng)光標(biāo)m3 了，把m3 移動(dòng)一直到附近最大輸出功率顯示為54.48dBm，看到了吧，你體會(huì)到好處了吧，這個(gè)最大輸出功率就顯示在你要移動(dòng)的光標(biāo)附近！如圖11 所示：

?圖11、最大輸出功率局部放大圖

這樣，你可以很方便的就吧m3 移動(dòng)到輸出功率最大處，只需幾秒種！然后你在縮小右下角的圖如圖12 所示，從圖12你可以知道其對(duì)應(yīng)的輸出阻抗。

?圖12、輸出阻抗顯示圖

從圖12 中可以看出最大輸出功率（54.48dBm）時(shí)，輸出阻抗為4.486+j*0.812，效率為62.54%。之所以采用右下角那個(gè)圖，是因?yàn)橛蚁陆悄莻€(gè)圖精度很高（不像左上角那個(gè)圖，精度很差，簡(jiǎn)直不可忍受！）

好了，現(xiàn)在可以加大輸入功率了，為了測(cè)試出300W 時(shí)候的輸出阻抗，必須加大輸入功率！現(xiàn)在增加輸入功率到21 dBm，其它不變?nèi)鐖D13 所示：

?圖13、加大輸入功率后的原理圖

加大輸入功率后的仿真結(jié)果如圖14 所示，從圖14 可以看出，其最大輸出功率為54.82dBm（303.39W）。

?圖14、加大輸入功率后的仿真圖

我們?cè)僖淮螌?duì)圖14 的m3 的光標(biāo)進(jìn)行移動(dòng)。使其移動(dòng)到附近最大輸出功率框圖顯示為54.82dBm（303.39W），如圖15 所示：

?圖15、移動(dòng)到最大輸出功率的功率圓和光標(biāo)

現(xiàn)在，再次縮小仿真結(jié)果圖，你只要用鼠標(biāo)的滾輪往下滾就行了，你就可以看到如圖16 的300W 輸出所對(duì)應(yīng)的阻抗和效率了，其輸出阻抗是Zload=3.932+j*0.795，效率為60.54%。這就是我們要的最終結(jié)果！

?圖16、放大后的右下角最大輸出功率對(duì)應(yīng)的輸出阻抗

這個(gè)結(jié)果（Zload=3.932+j*0.795 ） 和datasheet 上面的典型值（Zload=3.50+j*0.19）非常接近，之所以不同是因?yàn)檩斎肫ヅ洳灰粯拥臅r(shí)候，其輸出阻抗是不一樣的，這里面仿真所用的輸入并沒(méi)有完全匹配的結(jié)果。輸入功率和輸入阻抗的變化都會(huì)影響輸出阻抗的！一般來(lái)說(shuō)，我們?cè)诘湫椭蹈浇钠ヅ溆秘?fù)載牽引測(cè)出來(lái)的阻抗沒(méi)有典型值的好，還不如用典型值的，只有那些離典型值比較遠(yuǎn)的地方我們才去做負(fù)載牽引，尤其是做寬帶功放的時(shí)候，做負(fù)載牽引是必須的！

作者：姑蘇寒