基于RF LDMOS功率放大器的匹配技术

摘要

第三代无线通信系统的快速发展对蜂窝式无线基站中的射频功率放大器提出了更高的要求。相比于早期在射频功率放大器中广泛使用的GaAs器件，基于硅的射频(Radio Frequency，RF)横向扩散金属氧化物半导体(Laterally Diffused Metal-Oxide-Semiconductor,LDMOS)器件由于具有高功率、高效率、高线性度和高效费比等众多优点，从上世纪九十年代末开始，成为蜂窝式无线基站中射频功率放大器的首选器件[1][2]。
　　 本文研究了射频高功率放大器设计中RF LDMOS器件的预匹配和匹配技术。针对一款合作研制的高功率RF LDMOS本征器件，以设计一个RF LDMOS功率放大器为平台，在器件法兰封装内为其设计了预匹配电路，然后进一步在PCB上对其进行了外部输入输出匹配电路的设计，使其在869～960MHz的工作频带内较好地匹配到50Ω的系统参考阻抗上。仿真及测试结果表明，当频率为900MHz时，该RF LDMOS功放的1dB压缩点输出功率(P1dB)达到了48.8dBm，直流到射频信号的转换效率(DCRF)达到了66.4％，功率增益(PGain)在18dB左右，三阶交调量(IM3)基本处在-30dBc以下，同时在整个869～960MHz工作频带内，其输入反射系数(S11)小于-10dB。
　　 本文的创新点在于，针对由大功率RF LDMOS器件极低的输入输出阻抗带来的匹配电路难以实现的问题，采用预匹配和外部匹配结合的方法，将器件的输入输出阻抗匹配到50Ω的系统参考阻抗上，从而完成一款RF LDMOS功率放大器的设计。