第 1 章
5.3 主動元件部分量測結果
5.3.3 使用 SMD 元件匹配之雙頻帶功率放大器
圖 5-15 為使用 SMD 元件匹配雙頻功率放大器電路圖。而圖 5-16 是使用 SMD 元件匹配雙頻帶功率放大器焊接照帶片和其背板焊接照片。表 5-2 是 SMD 的元件 值大小。
VD=4 V
RFout RFin
Dual band 0.85GHz/1.9GHz unit cell power amplifier C1
表 5-2 SMD 元件參照表。
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9
Value 3.3p 6.8p 15p 0.47u 18p 0.47u 18p 6.8p 2.7p
L1 L2 L3 L4 L5 R1 R2 R3 R4
Value 2.4n 150n 47n 1n 4.3n 56
56
200
82
量測結果一樣分成兩部分做討論。其一，先須測量其小訊號 S 參數是否符合模
擬，以確保功率放大器如預期中運作。其二，當功率放大器偏壓點和增益如預期 後，打入單頻輸入功率訊號，用功率器量測其輸出功率。
不同的地方在於此部分最主要用於表面接著零件(surface mount device, SMD) 做匹配的動作。以便實際用於左右手傳輸線 Doherty 功率放大器的運作上。
由表 5-2 和圖 5-16 可以看得出，主要分為幾個部分的電路。分別是輸入端的 輸入匹配電路，和輸出端的輸出匹配電路，還有 R1 並聯 C3 作穩定電路和剩餘給 於偏壓的偏壓電路。
輸入匹配和輸出匹配大致上由 3~7pF 大小的電容做匹配，而會串/並聯電感，
以便在雙頻帶仍然可以達到匹配的效果。而電感大小也在 1~5nH 之間。
穩定電路由 4.2.4 節有詳細的說明。實際取 15pF 和電阻 56
讓穩定係數 k 值在頻帶中都可達到 1 以上。達到無條件穩定的效果。而偏壓電路，一樣同 5.3.1 節。除了閘極端用電阻做偏壓外，汲極端則用電感 做偏壓，以避免輸出功率因為看到的輸出阻抗而減低其增益大小。而之間有用 15pF 的電容作為頻帶內的偏路電容。外部再加上較大的電容 0.47
F
做低頻偏路電容。但因為量測時還是有低頻震盪的現象，因此還是得在兩側再加上相對大的 470
F
電解質電容，把低頻雜訊濾掉，避免電路震盪。而在電壓和電流方面。閘級電壓偏壓在 0.45V 上下，實際在 0.45V 偏壓下，
可以在汲極量到約 80mA~90mA 的電流。而汲極端給偏壓 4V 做量測。
小訊號結果如圖 5-17 所示。量測結果為實線，模擬結果為虛線。可看出在 S11
和 S22的輸入匹配和輸出匹配，都匹配到有-10dB 以下的結果，相當符合模擬結果。
在 0.85GHz 上量測到增益大小為 13.34dB 而在 1.9GHz 上量測到為 5.0dB。比模擬 結果有些許差異。推測是因為表面附著元件損耗，傳輸線損耗和焊接時焊錫些微 的損耗所造成。也可以看出來在較高頻 1.9GHz 下，損耗較 0.85GHz 為明顯，推測 就是表面附著元件或傳輸線在高頻下，本身就有比較高的損耗所造成的。
圖 5-17 小訊號 S 參數模擬與量測結果。
除了電晶體放大器開通操作的情況外，我們還注重當操作在峰值放大器關閉 情形時，從輸出端看回的阻抗變化是否如預期。如圖 5-18 和圖 5-19，分別為 S21、 S11和 S22 相位模擬與量測結果。此時電路操作在負偏壓下，去模擬實際上輔佐放 大器操作的狀況。可以觀察的出來單位功率放大器操作在負偏壓的狀態下時，圖 5-19 的 S21相位和 S11相位模擬和量測結果尚符合，但 S22相位變化較劇烈，跟模 擬的外部阻抗相差較大。此部分可能是影響 1.9GHz 量測不準的主因之一。在後面 5.3.4 節的量測結果會看到此部分的影響。
圖 5-18 小訊號 S21相位模擬與量測結果。
圖 5-19 小訊號(a)S11及(b) S22相位模擬與量測結果。
圖 5-20(a)和(b)分別為 0.85GHz/1.9GHz 單位功率放大器之大訊號量測結果。
0.85GHz 模擬增益在低輸入功率為 13.5dB，而量測結果為 13.1dB，相當接近。OP1dB 量測結果在大約 23dBm 上下，跟模擬也吻合。而 1.9GHz 模擬增益本來為 10dB 上 下，但量測結果為 6.7dB 上下。而輸出功率在 22dBm 跟模擬比較吻合，功率附加 效率也可以達到 27%。
在功率附加效率和效率的地方，0.85GHz 也因為增益和消耗功率的地方吻合，
所以圖上模擬曲線和量測標記也相當契合。模擬的消耗功率在汲極偏壓給 4V 時，
電流從約 80mA 上到 100mA 大小。而量測結果為約從 80mA 到 90mA，所以消耗
功率量測和模擬也極為類似。在 OP1dB 上的 EFF 和 PAE 模擬分別為 54%和 51%，
而量測 OP1dB 上的 EFF 和 PAE 則分別為 53%和 49%。1.9GHz 的部分本身增益落 差就比較大。量測到電流大小大約為 90mA 到 100mA 上下。雖然增益曲線有所下 掉，但在大輸出訊號中，EFF 和 PAE 也可以符合。可以說明雖然小訊號的增益，
因為所損耗有所落差。但在大訊號的操作上，因為符合負載拉移模擬的結果，使 得輸出功率可如預期。
之後會把此電路應用在雙頻帶 Doherty 功率放大器中，把圖 5-15 的電路圖當 成單位功率放大器使用。
(a) (b)
圖 5-20 (a) 0.85GHz 大訊號輸入/輸出功率量測與模擬比較圖。(b) 1.9GHz 大訊號輸 入/輸出功率量測與模擬比較圖。