基于FLL120MK微波功率放大器的設(shè)計(jì)

薛文松，張想，喬德政

（江蘇寶科電子有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225009）

0 引言

FLL120MK是優(yōu)迪娜半導(dǎo)體有限公司推出的一款低電壓高增益砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管。工作電壓最大為15V，輸出線性功率可達(dá)10W，增益為10dB，工作效率可達(dá)40℅[1,2]。它的線性度和效率都比一般硅工藝的晶體管要高，工作在AB類[3]；特別是在3G/4G的基站有著廣泛的應(yīng)用[4]。

FLL120MK沒(méi)有復(fù)雜MMIC電路封裝，只是采用了大基座散熱+陶瓷封裝，極大地方便了系統(tǒng)散熱和固定。圖1為FLL120MK實(shí)物圖。

1 功率放大器的設(shè)計(jì)

1.1 功率放大器的指標(biāo)要求

1）工作頻段：L波段。

2）輸入激勵(lì)信號(hào)功率：30dBm。

3）供電電壓：正電壓9V；負(fù)電壓-5V。

圖1 FLL120MK實(shí)物圖Fig.1 FLL120MK picture

4）1dB壓縮點(diǎn)輸出功率P1dB≥38dBm。

5）工作效率≥30℅。

6）增益平坦度≤0.8dB。

7）輸入輸出駐波比VSWR≤2。

1.2 功率放大器的設(shè)計(jì)

根據(jù)上述指標(biāo)要求，需要設(shè)計(jì)一款增益大于9dB，效率大于30℅的放大器，擬選用FLL120MK作為功率放大管，輸入輸出阻抗匹配采用分布參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),圖2為FLL120MK的關(guān)鍵性能參數(shù)。

圖2 關(guān)鍵性能參數(shù)Fig.2 Key performance parameters

圖3為原理圖，包括激勵(lì)輸入阻抗匹配單元、輸出阻抗匹配單元、DC9V供電處理單元和負(fù)電壓供電處理單元。

圖3 原理圖Fig.3 Schematic diagram

圖4為設(shè)計(jì)完成好的電路圖，輸入輸出采用50歐微帶線。

圖4 電路圖Fig.4 circuit diagram

2 功率放大器的調(diào)試

2.1 調(diào)試環(huán)境及要求

該電路模塊應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下調(diào)試，調(diào)試需要一臺(tái)穩(wěn)壓電源，穩(wěn)定輸出DC+12V，DC+12V分兩路，一路通過(guò)電源轉(zhuǎn)換芯片變成+9V,提供給FLL120MK；另一路通過(guò)ME7660芯片變成負(fù)壓，提供偏置電壓給FLL120MK，對(duì)于功放電路中的電源偏置同樣是非常重要的，電源的偏置不僅可以調(diào)節(jié)功放的增益，尤其在線性功放電路中可以調(diào)節(jié)功放的線性度。因此在功放的供電和偏置端要加入濾波電容（該電路模塊已經(jīng)包括電壓變壓、濾波電路）。該模塊的調(diào)試應(yīng)與功放單板結(jié)合，為防止功放自激，在加電調(diào)試前，功放的輸出必須接大功率負(fù)載。另外，須做好防靜電措施。另外對(duì)于微波電容的選擇，一般選用是高 Q 值的電容，要求電容的等效電阻越小越好，盡量選取高品質(zhì)微波電容[1，4]。

2.2 調(diào)試方法

先用頻譜儀測(cè)量出前級(jí)功放的輸出功率[2，3]，檢查是否達(dá)到要求，本系統(tǒng)對(duì)輸入激勵(lì)的要求是30dBm。

接入FLL120MK電路，在供電時(shí)應(yīng)先供正9V電源，后加偏置電壓，本電路設(shè)計(jì)用一種開關(guān)電源（通過(guò)控制使能端）達(dá)到這項(xiàng)功能。設(shè)置好穩(wěn)壓源限流開關(guān)，將電流限制在合理區(qū)間，見圖5。

圖5 測(cè)試圖Fig.5 Test chart

2.3 調(diào)試過(guò)程

1）用萬(wàn)用表檢查供電電壓及偏置電壓接入情況。

2）檢查FLL120MK芯片與散熱底座的良好接觸，一般建議加上導(dǎo)熱硅脂上以獲得良好的散熱條件，這樣有利于芯片穩(wěn)定工作。

3）根據(jù)設(shè)計(jì)電路圖在電路板，在C61處加1.2pF電容，在C52處加1pF電容，在C55處選加0.5pF電容。

C61電容對(duì)電路的電流影響較大，如果加上電容后，出現(xiàn)由于限流電壓被拉低的情況，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整前級(jí)電容的位置及容值以達(dá)到降低電流的目的。

4）在C47處加入1pF電容，在C54及C55處選加電容，上電看輸出功率情況。調(diào)配電容一般盡量靠近FLL120MK管腳，輸出功率相對(duì)較大，效率相對(duì)較高。

5）測(cè)試結(jié)果是：功率輸出為38.3 dBm，電流為1.82A，功放效率為30.95%。

3 功率放大器的測(cè)試

在XXX項(xiàng)目無(wú)線通信中，應(yīng)用了FLL120MK芯片作為微波功率放大推動(dòng)級(jí)，設(shè)計(jì)了L波段功率放大器。

3.1 設(shè)計(jì)要求

1）工作頻段：L波段。

2）輸入激勵(lì)信號(hào)功率：30dBm。

3）供電電壓：正電壓9V；負(fù)電壓-5V。

4）1dB壓縮點(diǎn)輸出功率P1dB≥38dBm。

5）工作效率≥30℅。

6）增益平坦度≤0.8dB。

7）輸入輸出駐波比VSWR≤2。

3.2 實(shí)際測(cè)試結(jié)果

1）工作頻段：L波段（1.75-1.85GHz）。

2）工作效率：30.95℅。

3）輸出功率：38.3dBm（6.76W）。

4）增益平坦度：0.7dB。

5）輸入輸出駐波比VSWR≤1.8。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文是基于FLL120MK的微波功率放大電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試和測(cè)試的工程應(yīng)用類文章，本文的研究成果可廣泛應(yīng)用于微波無(wú)線通信領(lǐng)域，包括3G、4G、MIMO、WIFI等，由于其線性度和效率較高，在各種制式無(wú)線通信中應(yīng)用極其廣泛[4]。

[1]黃智偉.射頻功率放大電路設(shè)計(jì)［M］.西安:西安電子科技大學(xué),2009.

[2]劉光沽,張玉興.無(wú)線應(yīng)用射頻微波電路設(shè)計(jì)［M］.北京: 電子工業(yè)出版社,2010.

[3]郭潔,李正權(quán),燕鋒.無(wú)線通信電路設(shè)計(jì)分析與仿真［M］.北京: 電子工業(yè)出版社,2010.

[4]黃智偉,王明華,黃國(guó)玉.射頻與微波功率放大器工程設(shè)計(jì)［M］.北京: 電子工業(yè)出版社,2015.