3 仿真结果分析
根据上述电路结构分别设计F类和逆F类功率放大器,功率管采用Cree公司的45 W GaN功率管CGH40045,其导通电阻Ron=0.3 Ω。为对两种功率放大器效率做出客观真实的比较,各方面参数应尽量保持一致,基板均采用Rogers公司的R05870,基板厚度为0.79 mm。工作偏置点选为VDS=28 V,VGS=-2.5 V,工作频率1.5 GHz。
图5和图6为F类功率放大器与逆F类功率放大器增益和输出功率随输入功率变化的曲线。图5为两者的增益图,从图中可以看出,两者的增益基本相等,线性区增益约为16.5 dBm。图6为两者的输出功率,从图中可以看出,两者的输出功率变化曲线基本吻合,最大输出功率约为55 W,在P1dB点处输出功率约为45W。
在增益和输出功率相等的前提下,进行漏极效率的比较,图7为F类功率放大器和逆F类功率放大器,工作在1.5 GHz时的漏极效率随输入功率变化的曲线。由图中曲线可以看出,逆F类功率放大器在输入40 dBm时,漏极效率达到最大值91.8%,同时F类功率放大器的漏极效率为89.3%。从图2可以看出,当Ron为0.3 Ω时,逆F类效率为96%,F类效率为93.6%。由于现实中无法实现理想的方波和半正弦波信号,因此仿真结果与计算结果有一定差异,但两种模式之间的效率差异基本相等,证实了理论计算和仿真是一致的。
4 结束语
通过理论计算得出,在相同的工作偏置点和输出功率下,因为功率管导通电阻的存在,逆F类功率放大器比F类功率放大器有更高的效率,并且随着导通电阻Ron的增加,这种差异也随之扩大。而针对GaN功率管CGH40045,分别设计了工作频率在1.5 GHz的逆F类功率放大器和F类功率放大器,仿真结果与理论分析一致。