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4-2016

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Design

Design HF/Mikrowellen-Verstärkerdesign unter Verwendung von Harmonic-Balance-Simulation und S-Parameter-Daten Es ist eine weit verbreitete Ansicht, dass die S-Parameter allein - kombiniert mit Harmonic Balance (HB), nicht für die Simulation der Leistung von Transistoren ausreichen. Dieser Artikel beschreibt eine Methode zum Entwerfen und Simulieren von Verstärkern für maximale Leistung mit NI AWR „Design Enviroment“, unter Verwendung von HB-Simulation, wenn die einzig verfügbaren Daten die S-Parameter der vorgesehenen Transistoren sind. Das Verfahren ist allgemein anwendbar, wenn keine nichtlinearen Transistor-Modelle vorhanden sind. Es kann aber auch sehr hilfreich sein, selbst wenn nichtlineare Modelle zur Verfügung gestellt werden. Das Verfahren ist eine Erweiterung von Steve Cripps‘ Load- Line-Lösung, die mit der Einführung der Power Parameter durch Pieter Abrie weiterentwickelt wurde! Diese Techniken können zur Schaffung nützlicher Approximationen verwendet werden, die HB-Simulation mit Transistoren ermöglichen, für die es keine nicht-linearen Modelle gibt. Bild 1: Ausgangsschaltung und Lastkennlinien-Diagramm einer Endstufe Cripps‘ Load-Line- Ansatz Bild 2 zeigt die Diagramme, die den Prozess der Ermittlung von Ropt aus Lastlinien-Daten verdeutlichen. Bild 1 zeigt die Ausgangsschaltung und die Lastkennlinien eines Leistungsverstärkers (PA), zusammen mit Formeln für die Beziehungen zwischen Spannung, Strom, Belastung und Leistung. Bild 2 zeigt die Diagramme, die den Prozess der Ermittlung von Ropt aus Lastlinien-Daten verdeutlichen. Die gemessenen Werte wurden den berechneten überlagert, das Ergebnis zeigt eine gute Übereinstimmung. Cripps‘ originale Arbeit wurde 1983 veröffentlicht, als HB- Simulation noch nicht verwendet wurde und Load-Pull-Messungen die einzige verfügbare Option zur Bauelemente-Charakterisierung waren. Als seine Technical Note „GaAs FET Power Amplifier Design“ bei Matcom. Inc. erschien, standen HB-Simulationen zwar zur Verfügung, jedoch hatten sie u.a. das Problem, dass sie sehr langsam arbeiteten. Der Lösungsansatz von Cripps bot daher einen viel einfacheren Weg zum Design für hohe Leistung. Leider wurde seine Lösung nie in einem der allgemeinen Simulatoren implementiert. Er wurde jedoch in einer erweiterten Form in dem von Pieter Abrie entwickelten, spezialisierten Multi- MatchVerstärker-Design-Wizard integriert. Abrie präsentierte die Leistungsparameter in seinem Buch und implementierte sie in MultiMatch für das Design von Klasse-A- und Klasse-AB- Verstärkern. Die Mapping-Funktionen der Power Parameter zeigten jede Einschränkung in Verbindung mit der Transistor-Konfiguration, einschließlich Feedback, ohmsche Belastung, Position des Erdungsknoten, parallele Chips/Zellen, Fragen bezüg- 26 hf-praxis 4/2016

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