可变增益的功率放大器单片微波集成电路

FET工作在饱和区时的跨导g_m，I_ds与V_gs的关系如图2所示。FET₁的栅压V_gs保持不变，则源漏电阻值的变化不会很大，在工作点的阻抗约为10Ω，由欧姆定律可知，V₁的电压值由I_ds决定。FET₂的漏压V_ds保持不变，V_c变化时，FET₂的栅压相应变化，由图2的曲线可以看出，当栅压变化时，g_m会产生变化，FET₂的放大倍数则相应改变。同时，FET₂的栅压变化时，根据图3，I_ds会有较大的变化。根据之前的分析，I_ds变化时，V₁的值也会相应产生较大的变化，当V₁小于1V时，FET₁工作在图3中的线性区，增益受漏压影响较大，所以当V₁变化时，FET₁的放大倍数也会相应变化。这样，FET₁和FET₂的增益都受V_c的控制，其共同的增益变化量成为功率放大器的增益变化范围。

图2 g_m，I_ds与V_gs的关系曲线

图3 V_ds，V_gs与I_ds的关系曲线

2 功率放大器的设计原理

本 文选用中国电子科技集团公司第十三研究所GaAs PHEMT 工艺线的模型进行功率放大器的设计，GaAs PHEMT 场效应管总栅宽1mm的输出功率为0.6 W，若需要输出33 dBm，即2W 功率，末级总栅宽需4mm，使用4个功率单元，每个单元总栅宽1 mm。要得到高效率的功率放大器，需要仔细考虑每一级场效应管的总栅宽比，可以达到最大效率。

根据设计目标确定相应的电路拓 扑结构，拓扑结构的选择决定着整个电路的性能，对有源器件进行负载牵引，找出有源器件能够输出最大功率时的输入和输出阻抗在阻抗圆图上的位置。本文所用1 mm栅宽模型如图4 所示，图4(a)为模型版图形，用于进行器件建模，图4(b)为通过测量参数拟合的大信号模型。输出匹配网络的设计着眼于最大的功率输出，拓扑结构如图5所示。

图4 1 mm栅宽器件模型

图5 功率放大器拓扑结构