射頻功率放大器的設(shè)計離不開ADS的仿真，在仿真中往往采用負載牽引的方法。相信大家一定都遇到過仿真結(jié)果不收斂而導致仿真停止的情況。本文是我在網(wǎng)上看到的一篇關(guān)于ADS負載牽引設(shè)計的總結(jié)，寫得不錯，特此轉(zhuǎn)載，希望能夠?qū)Ω嗟娜似鸬綆椭饔谩?/p>
加入ADS 群半年多來，不時在群里面碰到有人問做負載牽引時出現(xiàn)的不收斂問題，雖然自己也自告奮勇的出來聊幾句，奈何自己的文采有限，無法說清楚這個問題。其實我自己半年前也曾為此問題困擾一個星期之久，幸好有群里面的流星和羽纖二位大哥的指點，二位大哥對我在ADS 操作和射頻微波功放方面的困惑進行了無私的指點，加快了我完成了雷達發(fā)射機的研制進程，對此我深表感謝。前些時候，群里面部分同樣如我半年前一樣在負載牽引上遇到困惑的人邀請我寫一個實例，用這個實例來說明如何解決負載牽引中碰到的不收斂問題，由于這幾天我剛接手了另外兩個雷達發(fā)射機的研制項目，一直沒有抽出足夠的時間來寫，今天有時間就做個注解，寫得不好，不要介意，但愿本文檔對一些剛?cè)腴T的新手在碰到負載牽引時出現(xiàn)的不收斂問題能提供一些幫助。
下面我以freescale的新一代功放管MRF6V2300作為例子來說明負載牽引問題。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，價格僅500 元一只，是米波雷達和廣播電視發(fā)射機的廉價實用管子。其DATASHEET 上提供了三個典型的頻率點的輸入和輸出阻抗：27MHz，220MHz，450MHz。
參考靜態(tài)偏置電壓典型值為2.6V時，其靜態(tài)偏置電流典型值是900mA，因為比較容易，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f1=27MHz，datasheet 上顯示其輸出負載Zload=3.50+j*0.19。我們打開ADS，新建一個空白原理圖，在其工具欄的DesignGuide上點擊下拉菜單中選擇Amplifier 點1-Tone Nonlinear Simulations 展開，選擇Load-Pull-PAE,Output Power Contours 然后點擊OK按鈕就行了，出來如圖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
對圖1，我們首先更換管子成我們要測試的MRF6V2300N，把兩個圖標都換上，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 是因為在這么的頻率，其輸入輸出阻抗都比較大，其增益很高，稍微大點其輸出就飽和了，有可能會導致不收斂，不利于以后的調(diào)整，接著點仿真按鈕，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 的左下角的坐標圖中看到其功率圓和效率圓的圓心都沒有顯示出來，對圖4左下角的坐標圖局部放大如圖5所示：
圖5、左下角坐標圖局部放大圖
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，我們大膽猜測其圓心s11_center 為-0.75+j*0.0，半徑s11_rho 為0.2，并將采樣點數(shù)改為500，如圖6 所示：
圖6、重新設(shè)置圓心和采樣點數(shù)
為何半徑要設(shè)置成0.2 呢？而不是0.3 或者更大呢？大點不是好嗎？半徑大點能把所有可能的情況都仿真進去，何樂而不為呢？不行！因為要撐破的！一個原則是你仿真的范圍不能超過1！也就是你坐標圓的圓心加半徑不能超過1！為保險起見，二者之和最大為0.99！個人喜歡兩者之和為0.99，因為某些管子輸出功率很大，其輸入輸出阻抗很小，不到0.99 功率圓和效率圓可能沒出來！如本例，如果半徑是0.3 的話，就不收斂了！為何采樣點數(shù)為500？這個···那個···純屬個人喜好，如果你喜好，你也可以改成1000，不過這樣你的電腦反應速度就慢了，電腦差點，單核的話可能要花好幾分鐘時間。如果你是四核或八核，那你可以設(shè)置的大點如2000 都沒有關(guān)系，反正你電腦好愛咋咋地，你就折騰吧！不過采樣點數(shù)大了，有時候會不收斂的，一般500 點左右比較好收斂！這也是我喜歡用500點的原因！（想發(fā)財?shù)呐笥芽梢愿某?88點哈！）這樣經(jīng)過25.38秒時間后（我的機子速度好慢啊，如果你仿真時間少于我，那只能說明你的電腦比我的好，不能代表你的水平比我高！如果你的仿真時間比我多，那你太弱了，說明你該換電腦了！），仿真結(jié)果出來了，如圖7 所示：
圖7、改變半徑、圓心和采樣點數(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了，最大輸出功率是54.48dBm,最大效率是74.74%，可見輸出功率已經(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著？測出最大輸出功率對應的輸出阻抗和效率！所以我們還得繼續(xù)從圖7 中找些有用的信息來！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，你也會喜歡底下哥倆的！好，現(xiàn)在把最大輸出功率框圖移到移動到圖標m3附近，這樣看得清楚些，如圖9 所示：
圖9、移動功率框圖后到m3光標附近
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光標m3 了，把m3 移動一直到附近最大輸出功率顯示為54.48dBm，看到了吧，你體會到好處了吧，這個最大輸出功率就顯示在你要移動的光標附近！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你可以知道其對應的輸出阻抗。
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，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圖，是因為右下角那個圖精度很高（不像左上角那個圖，精度很差，簡直不可忍受！）
好了，現(xiàn)在可以加大輸入功率了，為了測試出300W 時候的輸出阻抗，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
我們再一次對圖14 的m3 的光標進行移動。使其移動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、移動到最大輸出功率的功率圓和光標
現(xiàn)在，再次縮小仿真結(jié)果圖，你只要用鼠標的滾輪往下滾就行了，你就可以看到如圖16 的300W 輸出所對應的阻抗和效率了，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應的輸出阻抗
這個結(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，之所以不同是因為輸入匹配不一樣的時候，其輸出阻抗是不一樣的，這里面仿真所用的輸入并沒有完全匹配的結(jié)果。輸入功率和輸入阻抗的變化都會影響輸出阻抗的！一般來說，我們在典型值附近的匹配用負載牽引測出來的阻抗沒有典型值的好，還不如用典型值的，只有那些離典型值比較遠的地方我們才去做負載牽引，尤其是做寬帶功放的時候，做負載牽引是必須的！
