宽频带大功率放大器研究-射频电路课程考核设计报告 本文关键词：功率放大器，射频，宽频，电路，考核
宽频带大功率放大器研究-射频电路课程考核设计报告 本文简介：合肥师范学院2016届本科生毕业论文（设计）射频电路课程考核设计题目：宽频带大功率放大器研究学院电子信息工程学院学科门类工学专业电子信息工程学号1208421026姓名xxxx指导教师倪春2016年03月26日合肥师范学院2016届本科生毕业论文（设计）摘要随着时代飞速的进步，信息传输潜移默化地影响
宽频带大功率放大器研究-射频电路课程考核设计报告 本文内容：
合肥师范学院2016届本科生毕业论文（设计）
射频电路课程考核设计
题目：
宽频带大功率放大器研究
学
院
电子信息工程学院
学科门类
工
学
专
业
电子信息工程
学
号
1208421026
姓
名
xxxx
指导教师
倪春
2016年03月26日
合肥师范学院2016届本科生毕业论文（设计）
摘
要
随着时代飞速的进步，信息传输潜移默化地影响着我们的吃穿住行，因此人类对于无线通信的要求也在不断提高，已经不再仅仅满足于基础的通话需求。人们对于更复杂完善强大的通信系统的需要变得日渐紧迫，有需求就存在着宽阔的发展前景与巨大的商机，科技的进步就是为了更好地满足人类的需求，功率放大器作为现当代无线通讯系统收发端的核心部分同时是整个系统中功率损耗最大的部分，就是这样一个可以节约成本具有发展前景的研究领域。
这次本课题将利用在通信领域被大家广泛使用的CREE公司的GaN
HEMT晶体管，其型号是CGH40010F，本文会在在该晶体管的基础上完成对S波段宽频带逆
F
类放大器的理论研究和深入分析以及介绍一个简单的逆F放大器的制作。本文先对放大器进行分析与探讨以及研究，接着从理论方面分析逆
F
类功率放大器为什么会具有高效率。以上这些都是为S波段逆F类功率放大器的具体设计与实现奠定基础。结尾完成实物电路模型的加工与测试，借助各项设备和仪器验证此次射频高效率逆F类功率放大器的设计是否符合要求。从结果看来，得到的放大器工作与软件仿真结果基本一致且性能基本满足设计要求，证明了此次研究方向的可行性。
关键词:
S波段；宽频带；逆F类放大器；ADS
III
目
录
摘要II
1.
引言2
1.1研究背景及科学意义2
1.2超宽带通信简介2
2.
超宽带天线概述4
2.1超宽带天线历史4
2.3
天线的重要参数5
2.4
超宽带天线的设计指标6
2.5
天线的数值分析方法6
3.
超宽带微带天线的设计7
3.1超宽带微带天线的设计7
3.2
阻带带宽8
3.3
幅频特性9
3.4天线增益10
4.
总结11
参考文献12
致
谢13
III
合肥师范学院射频电路课程考核设计
1.
引言
1.1课题背景
二十世纪时，意大利的马可尼验证了电磁波具有携带传播信息的能力。人类社会开始进入无线通讯时代。
传统通讯业务仅包含语音通话。伴随着人类社会文化活动的发展和丰富,新型的业务不断涌现且广受用户青睐。
作为收发信机中最主要的耗能部件,功率放大器如果不能高效工作,必然引起资源损耗加重温室效应，等等问题都会出现，增加成本。可以见得,低效率的功率放大器显然不符合当今以节能减排,生态环保为主旨的发展趋势要求。
1.2宽频带谐波类放大器的发展现状
因为本次研究的逆F类放大器在电路中添加了谐波抑制电路，属于宽频带谐波类放大器，且目前国内对F功放的研究还不够成熟普遍，为了大家便于理解谐波类放大器，此次介绍研究现状没有仅仅是介绍逆F类放大器的发展情况，而是对整个谐波类放大器进行介绍。
GaN
HEMT相比于其他半导体材料具有高截止频率,大功率密度,高击穿电压等优点，因此得以受到研究人员们的广泛青睐,在谐波控制类功放模块设计中作为热门器件备受瞩目。最近一段时间,经常可以在国内外期刊会议上听到采取半导体结合谐波控制技术的工艺来达到高功放的成果发表的报道。
2008-2011年期间,加拿大卡尔加里大学的David
Wu釆用卡尔公司的GaN
HEMT
CGH40010晶体管作为功放核心设计出的逆F类功率放大器在3.27GHz时其峰值效率最大已经能达到71%[1]。日本东京电气通信大学的研究人员们在F类放大器的理论基础上设计出了在C波段漏极效率为71.4%的GaN功放模块[2]。2010年末，美国科罗拉多大学的M.
Roberg选用Triquint公司的碳化硅基氮化镓裸片,实现了一款应用于WCDMA下行链路的逆F类功率放大器,其功率附加效率超过了80%,这代表着目前高效率功放设计的最高水平[3]。
从上面结果看,半导体工艺的逐渐发展成熟带动了谐波类高效率功放的发展。并且,由于其在各领域适用性,谐波类功放技术在业界已经受到了广泛的关注从而使得这一领域的研究具有宽广的发展前景。
然而,在谐波控制基础上提升功放效率的技术在理论研究与实际操作中虽然已经取得了一些成果和进展,但仍存在许多问题与难点亟待解决，如何更加有效地将谐波控制理念融入系统设计中仍然方兴未艾。
1.3本论文的研究内容
本论文是对谐波类PA展开研究。以逆F类为代表,学习谐波类高效率功放相关知识。同时探索该类功放在S波段的效率。然后,通过ADS仿真结合实际电路验证理论推导以及设计方案的合理性与可靠性。
本文具体的章节安排如下：
第一章，绪论。本章内容包括：课题背景，宽频带谐波类放大器的研究现状以及本论文的研究内容及安排介绍，让大家首先对本课题有一个初步印象和大致了解。
第二章，射频功放基本理论与分析方法。本章由三部分内容构成，分别是功率放大器的基本理论，逆F类放大器的分析和S波段宽频带逆F类放大器的设计。S波段宽频带逆F类放大器的设计由S波段宽频带介绍，设计指标和宽带高效率功率放大器实现的思路和计划三小节构成。
第三章，S波段逆F类放大器的仿真及优化分析。本章由四部分内容构成，分别是对制作的逆F放大器的原理分析和实现思路，详细说明了该放大器为何能实现高效率的原因和实现高效率的思路。本章是运用ADS软件构建电路，在第二章的理论基础上设计出一个简单的逆F类放大器。
第4章
，实物加工。本章由两部分内容构成，分别是实物S波段宽频带逆F类放大器的加工，实物S波段宽频带逆F类放大器的测试和测试结果与仿真结果的对比分析。本章是在第三章的基础上，将用软件仿真得到的逆F类放大器加工成实物，并将两者结果进行对比。
第五章，总结。对设计内容进行一个整体的回顾，阐述自己的心得体会，反思设计中的不足，从而使自己以后不再犯类似错误。
第六章，感谢。回顾自己本次设计的历程，感谢帮助过自己的人。
2.
射频功率放大器的基本理论及分析
本章分为八个部分，包括放大器的基本理论，功率放大器的分类，S波段宽频带逆F类PA设计等，一共八节，从理论方面介绍了本次设计的研究内容。
前两小节主要是介绍功率放大器的基本知识，包括功率放大器的主要研究指标和分类以及其常用分析方法，因为本课题研究的仅仅是功率放大器中的一个枝节，为节约不必要的时间和精力，故只是通过两小节介绍，不再进行详细说明。
本论文主要是研究并学习逆F类放大器的相关知识，旨在明白放大器的工作原理及逆F类放大器是如何实现信号的高效率放大的原因等知识。
因为研究的侧重点不同，本章重点从2.1,2.2和2.3三个小节对逆F类放大器进行介绍和分析：一是简单对逆F类放大器发展与应用的历史进行说明；二是分析逆F类PA工作原理；三是介绍常用的几种逆F类放大器分析方法。
本章最后三小节主要介绍三个方面，一是介绍了S波段宽频带的定义，二是简述了放大器设计的一些设计指标，三是阐述了本次宽带高效率功率放大器实现的路和计划。
第三方面又包括设计路线及晶体管的选择分析和最佳匹配点的确定两部分内容。
2.1功率放大器的主要研究指标
射频功放通常只在一定工作频带内稳定工作。不仅仅是这一限制条件，有些还要求输出端谐波分量因为系统工作时往往会存在着许多谐波分量。
这些会对系统产生干扰。这些限制因素在放大器的研究中，都需要被考虑，否则生产出的功率放大器在实际运用中将不具有实际操作性和实用性，不能满足通信等领域的系统的切实需求。因此，本文罗列了一些在设计中可能需要满足的主要研究指标供大家参考。
1．工作频带
工作频带指放大器能够满足一系列性能参数要求，保持稳定工作状态条件时的工作频率范围[4]。
2．输出功率
射频功率放大器的输出功率一般有两种：1dB压缩点输出功率P1dB和饱和输出功率
Psat[3]。
3．效率和功率附加效率
效率η没考虑射频输入信号的变化故不能精确描述功放性能。通常考虑的是功率附加效率。
功率附加效率又称为PAE。它表征了放大器直流功率利用率和在一定直流功率消耗下射频功率输出增加的能力[4]。
同时在一定程度上反映了功率放大器的增益变化。
由定义可以看出PAE的值也反映了功放的增益指标。因此,用PAE衡量功放性能更加全面。
4．非线性分析
电路由于其中元器件的非线性特性，必然会引起信号的失真，一般有谐波失真和互调失真。
由器件的转移特性的导数决定的失真称之为互调失真。
功率放大器在一般设计中通常会考虑到其输出端的三阶互调失真因该失真对放大器的工作性能影响较大。下图给出了交调失真原理示意。
图2-1放大器交调失真原理图
2.2功率放大器的分类
按照工作方式，功率放大器可分为线性和非线性。线性PA输出输入信号关系成比例，因为其产生的谐波信号与输入输出信号相比十分微弱所以可以忽略不计。非线性正好相反。
功率放大器也可以分为偏置类和开关类两种。偏置类放大器根据其静态工作点位置分为
A、B、AB类和C类放大器。
开关类功率放大器可以分为E、D
、F
类和逆F类，还有不常见的G、H类等。E类是一个众所周知的谐振转换器，可以在频率中以非常高的效率操作同时产生高达几千瓦的功率。然而，E类拓扑的主要缺点在于其电压晶体管的高峰值，在0.5占空比的直流电源电压时它的峰值可以达到3.5倍[4]。
因此，E类逆变器的晶体管在相同电压和电流应力时比其它谐振逆变器产生的功率更少。
对于F类和D类放大器，它们的晶体管电压波形是方波，峰值与平均值的比只有2。为了降低晶体管的电压峰值，可以引入两种解决方案。他们都需要在基本E类拓扑结构中加入附加电路和保证同样的软开关条件。
在第一个解决方案适用于低功率放大器，需要把齐纳二极管或变压器作为一个二极管添加进去。第二种解决方案可用于所有功率级别放大。即本次所关注的逆F类放大器。
2.3
逆F类放大器的介绍说明
直流功率消耗的效率是射频前端设计在手持设备以及基站的应用中的一个重要设计目标。高功效不但能提高使用时间而且能简化冷却系统的步骤。为了容易理解，先从大家相对熟悉的F类放大器说明。
F类功放的漏极电压电流为方波和正弦波。而逆F类功放与之相反。在逆F类放大器的操作中，通常把晶体管偏置在AB类并且把调谐电路插在输出匹配网络（OMN）之前通过特定阻抗的条件以抑制不需要的谐波，此时放大器的短路阻抗终端接奇次谐波时偶次谐波端接开路阻抗[5]。逆F类放大器波形图2-2示。
图
2-2逆F类放大器波形图
比较早一点的时候逆F类功率放大器因为自身特有的高输出电压峰值,其发展状况不是很好。
近几年,随着氮化镓工艺器件的出现与逐渐发展成熟,功率放大器中的晶体管所能承受的漏源电压上限得到显著提高,这使得逆F类功放受电压峰值的影响而产生的局限性不复存在。
另一方面,在同等条件下对两种放大器进行比较，发现逆F类功放性能甚至优于F类，这些都使得人们对逆F类功放的研究热情再次上涨。
2.4
逆F放大器的工作原理
逆F类与典型逆F类相比就像是交换了典型F类功放的电流和电压的波形。基波与奇次谐波电流构成了近似的方波电流，此时漏极电压电流间没有交叠。
逆F类是双调谐F类。这种电压和电流波形交换的影响,随着调谐波数量的增加,电压波形越来越像半正弦波,电流波形越来越像一个方波[6][7]。
最近的一些研究表明，逆F类的功效毫不逊色于F类，虽然通过波形施加的效率限制是相同的。
图2-3逆F类放大器原理图
2.5
射频功率放大器的分析方法
经过多年的演变，射频功放的研究已经形成了一套比较系统的分析方法，目前常用的分析方法除了小信号S参数分析法还有在大信号条件下经常使用的几种非线性分析方法。下面简单说明：
1．小信号S参数法
在日常生活中厂商通常会向顾客提供器件的小信号
S
参数和直流工作特性曲线，这些数据可以帮我们研究出许多东西，小信号
S
参数法就是依靠这些提供的相关数据估算出器件的饱和输出功率[8]。
2．大信号S参数法
现在比较常用的该方法是利用半经验模型和分析模型等大信号模型建立器件模型同时结合计算机操作模拟得出我们所需要的各项性能参数[9]。
但是这个方法通常比较复杂，有局限性，如非必要使用的频率不是很高。
3．负载牵引法
负载牵引法通常情况下指的是是把不同负载接在器件的输入输出端口上通过测试得到我们所需要的性能参数，再把得到的结果绘制在史密斯圆图上从而得到负载阻抗值和源阻抗值曲线。
这个方法与之前的两个相比操作容易便捷。大多数研究中都用这个。
2.6
S波段宽频带介绍
由上文可知，放大器的各种电参数都和频率有关。频带宽度是一个放大器的工作范围，在这个范围内放大器参数变化，不会影响通信系统的正常工作。下面简介s波段和带宽的定义。
本文所研究的S波段是指频率在2-4GHz范围内的电磁波波段，与网上的有些介绍因研究领域等方面的差异而略有不同，但这不影响的文本的研究内容。实际工程上，衡量电子系统的性能可以看其占有的频带宽度。随着频谱的慢慢开拓，频带宽度的含义也变得相对模糊，仍可分为相对与绝对带宽。
在一个通信系统中，定义低于最高辐射电平-10dB的上下限频率之差为频带宽度，fh，fl为上下限频率，f0为中心频率，大小为上下限频率的平均值。
绝对带宽：
（2-3）
绝对带宽常用于电磁频谱的划分，在常规通信领域中采用中频f0表示系统工作频段。
相对带宽BW1指系统绝对带宽与中频之比[10]。
（2-4）
图2-4给出了一些常用波段及其定义应用范围的数据，包括波长和频率范围及应用领域等。
图2-4波段列表
2.7设计指标
本文使用的板材具体信息如下：
板材选用罗杰斯6002C。
介电常数：2.94
厚度：0.508
本文使用的晶体管具体信息如下：
晶体管名称：CREE生产的CGH40010型号晶体管，其选择原因下文有介绍。
要求：仿真结果要求功率附加效率PAE至少在70%以上。
2.8
S波段宽带高效率逆F类放大器实现的思路和计划
本小节主要是介绍S波段宽频带高效率逆F类放大器实现的思路和计划，包括设计路线及晶体管的选择分析和最佳匹配点的确定两部分。
希望能在较短篇幅中简单的阐述此次设计的实现思路和计划。
一、设计路线及晶体管的选择分析
晶体管作为重要部分对于放大器高效率工作的实现具有不可替代的作用，是PA设计成功的关键因素，所以其选择需要慎重思考。
新一代的GaN类晶体管有漏源击穿电压PV高于其他半导体工艺且与传统的LDMOS管相比不易击穿等优点，是本次设计最好的选择。
为了顺利完成此次的设计,本文选择了Cree公司生产的CGH40010F氮化镓器件。上图给出了CGH40010F晶体管的实物图[11]。
图2-5
CGH40010F实物图
下面来说明一下此次设计的具体过程：
（1）结合相关资料确定好设计思路。
（2）用晶体管模型结合直流扫描分析模板确定晶体管的合适参数。
（3）用负载牵引法得到最佳负载阻抗值和源阻抗值。从而决定恰当输入输出电路。对于放大器的设计来说这是最关键的一步，因为它直接决定着放大器的整体结构与造型是性能好坏的决定因素。
（4）将之前确定好的电路搭建在一起，对其仿真获取放大器的PAE等参数。
（5）加工制作放大器的PCB板成品。
二、最佳匹配点的确定
本文我们采用的双向牵引法具体过程介绍如下：
(1)设置基本参数
(2)负载牵引
(3)源牵引
(4)为了设计的精确性，重复123步，直到结果差不多。说明已经得到最佳负载阻抗和源阻抗。
上面是通常确定最佳匹配点的方法，有时候还要考虑到高次谐波的影响，因为本文只是简单的研究，所以完成上述四步就可以了。
3.
S波段逆F类放大器的仿真及优化分析
本章主要是在S波段宽频带内对实现的简单逆F类放大器的仿真及优化分析具体说明。本章由三部分内容构成：逆F类放大器原理介绍，功效分析及实际仿真电路介绍。
在本论文的设计中，实现逆F功放的主要仿真软件是ADS软件。ADS软件是一款使用率非常高的软件，常用来仿真模拟射频方面电路结构，它含有许多放大器设计时可以用到的模板，对于初涉者来说方便快捷易上手。
本章是运用ADS软件，在第二章的理论基础上进行实际探索设计出一个简单的逆F类放大器。除此之外，后期原理图的导出转化为PCB格式还用到了autoCAD和Altium
Designer软件，可以用来对导出的dxf文件进行工程绘图，dxf在后面的文章中会给出介绍。
3.1实际逆F类放大器思路介绍
本节与上述放大器原理分析不同，上文是对逆F类放大器整体进行理论介绍，本节是单独论述此次实际研究与加工的一款输入输出端均加入谐波抑制电路的放大器。
传统的F类PA是在其输出端加入谐波抑制电路，通常把晶体管偏置在AB类并且把调谐电路插在输出匹配网络（OMN）之前通过特定阻抗的条件以抑制不需要的谐波。当前，大部分逆F类功放的理论都是基于晶体管输入端谐波抑制电路理论。对输出端谐波抑制电路分较少。
如果可以在放大器电路的输入输出端都加入谐波抑制电路，形成的AP可以称之为F与逆F类的混合。那么这样的放大器是否同时兼具两者的优点实现更高效的功放呢？如同AB类之于A，B类呢？
本文就是对上述思路进行讨论探索。在S波段内的2.3GHz到2.4GHz频带带宽内，使用软件完成对放大器电路的模拟设计最终完成电路的加工测试。
3.2
S波段逆F类放大器原理简述
查阅了许多资料我们可以得出这样的发现那就是漏源极电容可以令一些高次谐波在微波频率短路，大多数情况下因为带有谐波抑制的电路需要实现阻抗匹配，所以输出端可能会形成更繁琐同时伴随着更大的消耗的结果，结果就会导致PA效率的下降。
由于上述因素的存在实际PA的研究中通常仅仅需要着眼于对少数几个谐波分量进行思量。总结前人的设计，发现二次和三次谐波对PA的效率和输出功率影响最大，所以本次设计只考虑对这两个谐波的抑制。
图3-1是传统的输出网络并联谐振电路，可以看出它含有三次谐波峰化的成分，是最基础的研究逆F类PA的电路。其中LC1在漏极串联是为了形成三次谐波开路和二次谐波短路，LC2与输出阻抗的并联是为了保证基波处的阻抗是最合适的[12]。
晶体管负载（就是看到的它的负荷）是由偶次谐波短路与奇次谐波开路组成的。串联谐振电路能够塑造出晶体管电流电压波形，导致功率输出能力的Cpmm值发生变化。然而，在莫斯管的情况下，Cpmm的实用性是可疑的，因为目前晶体管波形的结果只能从晶体管电流的形状均方根值和峰值来看，而其本身，并不限制晶体管的能力。
这解释如下：在考虑把莫斯管作为开关装置时，逆变器输出功率由峰值电压和工作结温限制，这些必须限制在制造商的规格内。在高频逆变电源的应用中，莫斯管由于其额定功率和动态特性是最合适的晶体管，但它们相对较高的导通电阻会造成相当大的传导功率损耗。其结果是，在热稳定状态对于给定的莫斯管和冷却系统，它的结温，电流导通损耗和均方根值被直接彼此连接。
逆F类可以看成是双重的F类，是以，晶体管的波形分别是一个半正弦波和方波。晶体管的负载是短路的奇次谐波和开路的偶次谐波。这个附加电路能够改善晶体管的波形形状，从而降低峰值电压或降低均方根电流。
为了确定它们的最佳形状，提出和施加了一个适当的数值方法。因为高次谐波调谐不能表现出显著优点，调谐二次和三次谐波的效果已被考虑。
图3-1输出网络并联谐振电路
F类和逆F类放大器的应用领域是相似的。他们显著拥有比D级放大器更高频率的限制，而且比DE类放大器更简单。D类遭受开关损耗和高频率的要求限制,逆F则不然。
3.3
S波段逆F类放大器设计电路具体参数介绍
图3-2给出了完整的功率放大器输入输出谐波抑制电路结构，其输入端电路包含对2次和3次谐波的抑制电路和阻抗匹配网络。
实际设计中晶体管源阻抗和负载阻抗需要分别与50欧姆相配与此同时要求输入输出端相应的匹配电路能够达到对二次和三次谐波抑制的要求，这样做是为了得到最大功效。
长度为四分之一工作波长的微带线L6是是构成偏置电路不可缺少的组成部分，它同时与L7被用于控制三次谐波阻抗。
图3-2输入输出谐波抑制匹配网络结构图
L1，L2和L3形成的高通匹配网络被用于实现共轭匹配，二次谐波源阻抗负虚部的低阻抗是通过L4和L5获取的。
微带线L10尺寸与L6一样，它能够在L8，L9和L10交点处产生一个短路电路，这个电路是相对于三次谐波而言的。
从图中可以看到输出端的L8能够产生三次谐波电抗；尺寸为三次谐波四分之一波长的L12，其作用与L10相似，只不过产生的是开路；L11的尺寸由晶体管的寄生参数决定；通过基板参数和工作频率可以得到L10和L12的数据。工作频率时L13被用于实现L11，12和L13交口处的阻抗与负载阻抗匹配[13]。
本文选择CREE公司生产研发的宽禁带CGH40010F晶体管采用该型号的原因在前文中已经作了介绍，不再解释。介质基层选择的是罗杰斯公司的RT6002C。
通过使用负载牵引法对电路进行测试后，得到的最合适负载阻抗为4.805-j*0.206，输入阻抗为4.781-j*2.697。
搭造好放大器的整体电路后将源阻抗和负载阻抗与50欧姆终端匹配，但是在后期实际制版的过程中为了便于加工稍微做了一点点修改，实际数据可能稍微有点差异。
图3-3输入输出负载牵引
3.4电路仿真
为了减小传输线由于微带线尺寸大小不一致带来的不连续性，本文还加入了Mtee等元件.
构造好输入输出的基本电路后，为了完善电源偏置电路同时还添加了去耦电容等元器件。除此之外逆F类谐波放大器通过使用两个CRLH-TLS来实现：一个开放的CRLH-TL存根和一系列CRLH-TL。
图3-4等效传输线匹配电路
由于在此之前所述，逆F类功放的实现需要偶次谐波开路和奇次谐波短路。通过对第二和第三谐波使用开路短截CRLH-TL和一系列CRLH-TL的组合有可能实现这样的约束条件。
图3-5输入电路
为了实现这一点，开路CRLH
TL-B用于在两个谐波充当短路负载，该系列CRLH
TL-A对逆F类操作能够将短路阻抗变为合适的谐波阻抗。
最后得到的完整输入输出电路如上图3-5和下图3-6。
为了实现更理想的高效率功放，上文给出了传输线的匹配电路的模型供大家参考。
图3-6输出电路
连接好输入与输出电路后调出PAE电路模板构建好电路，进行附加效率和输出功率分析，搭建好如图3-7的PAE仿真电路图，可以看到ADS仿真模拟的结果如图3-8所示。
图3-7
PAE仿真电路图
图3-8
PAE仿真结果
从图中可以了解到在2.3到2.4GHz的S波段工作带宽内，PAE的最小值为77.307%,最大值为81.2%，可以该频段内功率附加效率都大于77%，说明用这样的方法制作出的放大器效率基本能符合需求,同时在中心频率为2.35GHz时发现漏极输出功率超过10W。
这与之前已知的数据相比说明本次仿真结果比较成功即添加谐波抑制电路提高PA的功效这一思路可行。外部并联电容，占空比和工作频率数字是变化的，直到晶体管电压波形在其顶部是对称的并在同一时间满足ZVS和ZCS条件。
图3-9功率增益图
从图中可以了解到在2.3到2.4GHz的S波段工作带宽内，增益的最小值为12.63dB,最大值为13.6dB，可以看到该频段增益都大于12.6dB，该增益图呈下降趋势并不是因为仿真结果有问题，而是因为本文选择的频带带宽比较小，增益变化趋势不能代表整个功放仿真结果。如果将带宽增大，中心频率附近达到增益的最大值，说明用这样的方法制作出的放大器效率基本能符合需求,同时在中心频率为2.35GHz时发现漏极输出功率超过10W。
从上面的仿真结果可以看出仿真模拟出的PAE与理论上逆F类放大器具有的100％效率有一定差距，这是由于在实际设计中使用的电容等元器件具有不可忽略的插入损耗，这些损耗是不可免的。
图3-10放大器效率图
从图中可以了解到在2.3GHz到2.4GHz的S波段工作带宽内，效率的最小值为81.5%,最大值为85.354%，可以看到在该频段内效率都大于81%，说明用这样的方法制作出的放大器效率基本能符合需求。
这个结果与之前的功率附加效率有一点差异，但总体趋势是一样的，这是因为两者的计算公式不同，实际电路研究中PAE更能反映放大器的实际性能。
虽然这可以通过使用更低损耗芯片或印刷电感电容得到改善，但损耗仍然存在且不可忽视。使用CRLH-TLS的逆F类比传统用微带设计的放大器具有设计更简单和小型化电路的优点。
建好输入输出电路后，新建一个原理图，在原理图中将输入输出电路中间加上跟晶体管型号相同的微带线并连接好，这样导出得到的就是一个完整的放大器模型。
后期我们可以将导出的放大器中尺寸为20mm*4.3mm的微带线部分镂空，添加上CGH40010F的晶体管，制成完整的晶体管。
4.
实物加工
本小节延续了上一小节的设计，是对layout出的版图进行进一步的加工使之方便实现PCB板的加工，与之前相比添加了过孔与接地部分，整个版图的尺寸为55mm*35mm，小孔采用3mm和0.6mm的，中间扇形部分为焊盘。
改成需要的印制印制电路版图后，改成dwg文件。用CAD打开，CAD里面只建两个层gko和top层，top层用来做最后PCB版图里覆铜的部分，gko层用来做外框以及挖掉的微带线边框，颜色分别设置成top层红色，gko层黄色。
为了方便从CAD导出到Altium
Designer软件中制成PCB格式文件，把所有孔都删掉，边框和中间要挖去的选gko层，其它覆铜的选top层，然后把覆铜的地方填充。
填充的具体操作是利用快捷键“K”，再通过回车打开图案填充管理层，设置为实心填充，颜色选择根据当前项。检查没有问题后就可以导入Altium
Designer。
导入步骤为新建PCB文件，然后导入之前在CAD画好的原理图，如果没有问题就可以把文件转成PCB文件。记得gko对应AD中keep
out
layer那层，如果AD里面有哪些地方没有填充要继续在CAD里面只填充没有在AD中没有显示的地方。
然后在要打孔的地方放置焊盘，设置板子原点在导出后的gko层对应边框的左下角，这样便于设置焊盘坐标等参数。这样，我们所需要的逆F类放大器的PCB文件就完成了。
本章的内容很简单，就是对上面一章实际研究制作逆F类放大器的补充说明，之所以与上一章区分开来，是为了更明显的表达介绍此次研究的成果，即加工好的S波段宽频带逆F类放大器的实物，因为实际测试时缺乏足够的时间与条件，所以本章只介绍了加工好的放大器实物，但是省略了实物测试与结果对比的说明介绍，希望大家能够谅解。
图4-1实物图
5.
总结
本次毕业设计主要是对于s波段宽频带逆F类放大器的研究与设计。对于这个设计任务，在实际设计学习的过程中我主要进行了以下几个方面的工作。首先，查阅相关资料，充分了解了逆F类放大器的发展历史、发展前景与潜力，做好前期工作即通过理论资料对放大器有一个整体的认识，通过理论分析得知逆F类放大器的效率非常高，具有很大的商业利用价值和发展前景。其次，本论文的主要介绍的是对放大器的研究，所有的切入点都围绕着对逆F类放大器的说明，在探索研究的过程中我学习了包括放大器在内的相关射频方面基本知识，了解了放大器的基本参数与工作原理。
再次，由于本论文的工作频带是s波段宽频带，所以我先充分了解了S波段的定义以及宽频带的好处，对于如何实现宽频带进行了研究，进行了拓展频带的探索，对于根据各方面原因综合考虑后选择的晶体管模拟其尺寸，用ADS软件进行了电路的构造仿真。
最后，对已优化好的功率放大器模型进行实物制作，并且进行了测量，将测试结果与仿真结果进行对比分析，最终完成了设计目标。
本论文也存在着许许多多的不完善之处，对放大器的研究不够尽善尽美，如对s波段宽频带方面只是研究了其中一小部分因其研究的着重点放在如何实现高效率的功放；在拓宽频带与提高整体功效方面的努力与研究还不够，只能在小的带宽内实现整体的高效率功放，大一点就不行了。
对于逆F放大器的输入输出电路方面我使用的是通过资料了解到的已有的电路模型，只是在上面添加了一个谐波抑制电路；对于如何构建电路及理由等方面的介绍还不够深入与系统。
随着科学技术发展的不断进步，通信产业作为一个朝阳产业正在散发着蓬勃生机，吸引着大批学者展开探索与研究，可以预见随着通信产业的发展，未来整个社会对于放大器的要求会日益加重。结合放大器在实际电路中的应用，逆F类放大器的发展研究在业界备受瞩目，因其理论上有高效率然而电路结构相对简单，未来的发展不可估测，也许在将来，通信、民用等方面都会使用到它。可以预见在以后的发展中，这种高效率，设计结构相对简单，工作频带宽的放大器将会成为主流设计运用到人们的日常生活中，而国内对该放大器的研究相比国外发展还是较为落后和不够完善的，虽然近几年已经开始有起色，所以宽频带逆F类放大器必然具有广阔的发展前景。
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致
谢
首先我要感谢老师在我学习的道路上给与的指导与帮助，是老师的不厌其烦的指导和帮助，让我能用最快的时间学习到放大器的设计以及电路板的绘制等知识。
起初我对放大器的了解只是停留在射频课程中介绍的AB类放大器上，甚至从来没有听说过逆F类放大器，是老师指导我去学习和研究逆F类的放大器，让我对这一领域有了更深入的了解。老师同时还为我提供了板材，让我可以直接去基地加工。
其次设计的过程并不总是一帆风顺的，在研究中我遇到了很多的问题，比如CAD文件不能顺利导入AD中等问题，但是最后我都顺利的解决了，这些都离不开同学和朋友们给予我的帮助与指导，感谢他们在我学习的时候一直陪伴着我，与我一起努力，我很感谢他们。
最重要的是感谢校领导对我们学习的大力支持，为我们提供了良好的实验室平台和加工基地，让我们可以直接利用学校的设备加工板材。
在这个草长莺飞万物苏醒的季节，展望未来，通过这次的学习，我相信同学们都学习和收获了很多，也相信在未来的日子里这份研究的经历必将让我们受益终身。因为它不仅仅是一次独立的研究和学习的任务，还培养了我们对知识探索的浓厚兴趣，坚韧不拔的学习精神以及团队合作能力，这些都是值得我们受益终身的东西。
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