射頻放大器中的扇形結(jié)構(gòu)及其作用解析

在電路設(shè)計中，特別是涉及到功放電路等有源電路時，扇形微帶線經(jīng)常被用于偏置電路中。這種設(shè)計在功率放大器等電路中尤為常見，因為它涉及到控制功放管的柵極偏置電壓（Vg）和源極偏置電壓（Vd）。在這些設(shè)計中，必須將射頻信號與偏置電壓完全隔離開，以確保電路的正常工作。

為了隔離射頻信號，通常會采用1/4波長微帶線。這種微帶線的特點是，對于射頻信號來說，它相當于一個短路，而通過1/4波長微帶線阻抗變換后，短路會變成開路，從而實現(xiàn)對射頻信號的隔離。但是，有時候還需要額外的措施來確保直流信號不受射頻信號的影響，這就是扇形微帶線發(fā)揮作用的地方！ 扇形微帶線在有源偏置電路中扮演著旁路電容的角色，其主要作用是將射頻信號與直流信號隔離開來，以免射頻信號影響到直流源。通常情況下，扇形微帶線的半徑被選取為四分之一波長，使得其長度為1/4波長。此外，扇形微帶線的角度通常選取為90度左右，以確保對射頻信號的有效隔離。 在具體的設(shè)計中，開路扇形微帶線的設(shè)計十分關(guān)鍵。當在偏置端觀察時，射頻信號被視為短路，因此不會再影響到直流源，從而實現(xiàn)了射頻信號和直流信號的有效隔離。

這里引用的是CSDN博主“怡步曉心l”的博客實驗：

1、設(shè)計要求

此處設(shè)計F類功放設(shè)計偏置電路，其要求為基波和奇次諧波開路，偶次諧波短路。一般而言，F(xiàn)類功放的偏置電路也可以用于通用的功放設(shè)計電路，其具體要求如下：

中心頻率：2.4Ghz

基波對地開路：基波對地阻抗>10000歐姆

二次諧波對地短路：二次諧波對地阻抗<1歐姆

三次諧波對地近似開路：三次對地阻抗>200歐姆

不影響基波通過

2、原理圖設(shè)計 按照最初的理論部分的結(jié)構(gòu)圖進行設(shè)計，構(gòu)建如下的電路原理圖：

其中TL2為四分之一波長線，兩個扇形微帶線分別工作在基波頻率和二次諧波頻率，從而使1端口基波和三次諧波開路，二次諧波短路。對此電路進行仿真和調(diào)諧，得到如下結(jié)果：

由上圖可見，原理圖仿真可以基本滿足設(shè)計要求，對其進行版圖仿真。 3、版圖仿真 此處使用Rogers4350B板材，其參數(shù)為3.66和0.0037，進行合理設(shè)置并添加相關(guān)端口，構(gòu)建如下的原理圖：

在此節(jié)目生成電路板圖，生成后如下所示：

對此版圖進行l(wèi)ayout設(shè)置，具體細節(jié)不詳細贅述了，基本參數(shù)如下：

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全部設(shè)置后點擊仿真按鈕進行版圖仿真，一段時間后運行結(jié)束，得到EMmodel：

使用layout建立symbol，選擇looklike選項，建立后如下所示：

4、版圖聯(lián)合仿真 新建原理圖，用于版圖聯(lián)合仿真測試，插入之前產(chǎn)生的symbol和相關(guān)控件：

選擇使用emModel作為仿真數(shù)據(jù)：

設(shè)置好掃頻參數(shù)，點擊仿真按鈕進行仿真，得到如下結(jié)果：

由此可以看到設(shè)計的偏置電路效果很好，能夠達到要求，但是在大部分情況下原理圖仿真結(jié)果和版圖仿真結(jié)果并不一致，需要進行微調(diào)。比如版圖仿真結(jié)果中心頻率偏移了100Mhz變成了2.5Ghz，那么我在原理圖設(shè)計的時候需要將原理圖仿真結(jié)果調(diào)整到2.3Ghz才行，由此才更有可能在版圖仿真時得到2.4Ghz的結(jié)果。 審核編輯：黃飛

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