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驱动级功率放大器的设计与实现

作者:不详 来源:RFID世界网 2012-03-15 08:55:11

摘要:设计了一个工作频段在902 MHz~928 MHz,输出功率为19 dBm、功率增益高达27 dBm、应用于射频识别(RFID)系统的驱动级功率放大器。为缩短功率放大器的研发周期并提高其开发的成功率,设计运用了仿真优化和实际测试相结合的方法。测试结果与仿真结果的高度一致性验证了这种方法的有效性。

关键词:射频识别[206篇]  功率放大器[0篇]  仿真优化[0篇]  驱动级[0篇]  

  2 仿真优化

  选择器件的S参数模型,采用Agilent公司的仿真软件ADS2008对设计完成的整个功率放大器电路进行仿真优化。优化目标设在902 MHz~928 MHz频段内,放大器的功率增益即dB(S(2,1))要达到28 dB以上;输入、输出驻波比在1.5以下。优化目标设定的比设计指标要求苛刻是为了保证实际做出来的功放放大器能可靠地满足设计指标要求。仿真优化的最终结果如图1、图2所示。

  图1中的m1表示在902 MHz~928 MHz频段内,放大器增益最小为29.336 dB;图2中的m2和m3分别表示在整个频段内,放大器的输入驻波比最大为1.42,放大器的输出驻波比最大为1.454.由此可以看出,仿真结果完全满足设计指标要求。

  3 版图设计

  根据仿真优化获得的器件参数,采用Altium公司的AltiumDesignerWinter9.0原理图绘制及PCB制板软件绘制功率放大器的原理图。绘制的电路原理图如图3所示。

  根据绘制的原理图进行PCB制板。本设计中采用的是FR-4板材,4层板,第二层和第三层分别为地和电源层,板厚1.7 mm.射频信号走线要遵循50 ?赘微带线的设计原则。根据微带线到第二层地的厚度为15 mil,基材的介电常数为4.6,介质损耗为0.025,铺铜厚度为1.4 mil等参数,在中心工作频率为915 MHz条件下,利用PCB特性阻抗计算软件计算得到微带线的宽度为28 mil,微带线距旁边地铜箔的距离为30 mil.同时在微带线两侧要尽量多的打上地孔,位置靠近微带线但不超出地铜箔,意在利用多层铜箔通过通孔并联获得较低阻抗和较短的射频信号电流传输路径。

  4 实际测试

  电路板加工完成后进行焊接时,一定要注意放大器底部的散热片与PCB板的散热片充分接触好。如果散热片没有充分接触好,会导致放大器的结温过高,从而使得放大器不能正常工作。电路板焊接完成后,接下来要对放大器进行实际测试。

  首先,采用惠普公司的HP8594E频谱分析仪测量放大器的功率增益和二次谐波分量。测试前需给放大器提供5 V和9 V的直流偏置电压,使放大器正常工作。放大器的输入端输入一个频率为922.375 MHz、功率为-8 dBm的已调波信号。由于频谱分析仪最大的输入功率为30 dBm,为了防止频谱仪的损坏,测试时频谱仪的输入端加一个24 dB的衰减器。测试结果如图4、图5所示。

  图4为放大器的输出功率测试结果。由图中的标记可以看出,在输入功率为-8 dBm,频谱仪输入端加24 dB衰减的条件下,放大器的输出功率为-3.38 dBm.由此可以推断出放大器的实际输出功率为20.62 dBm.图5为放大器的二次谐波分量测试结果。放大器的输入频率为922.375 MHz,则放大器的二次谐波频率为1.845 GHz.图中标记显示在输入功率为-8 dBm,频谱仪输入端加24 dB衰减的条件下,放大器的二次谐波输出功率为-28.38 dBm.二次谐波分量为放大器的二次谐波分量输出功率减去基波分量输出功率。由此可得二次谐波分量为-25 dBc.

  其次,采用惠普公司的HP8593C矢量网络分析仪测量整个频段内放大器的dB(S(2,1))。测试结果如图6所示。由图中的标记可以看出在整个工作频段内放大器的功率增益都在28 dB以上。

  由上述测试结果可得放大器的输出功率为20.62 dBm,二次谐波分量为-25 dBc,功率增益达到28 dB,完全满足设计指标所要求的输出功率为19 dB、增益为27 dB、二次谐波≤-20 dB的要求。

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