CN111985177A - 一种射频功率放大器的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种射频功率放大器的设计方法，首先设计射频功率放大器的仿真电路原理图，接着通过构建射频功率放大器热特性分析模型研究射频功率放大器热性能，***性地分析了射频功率放大器的热特性，并对射频功率放大器的覆铜层厚度进行了优化，然后基于射频功率放大器热特性分析得到覆铜层厚度以及射频功率放大器的板材厚度、介电常数、损耗角正切参数将射频功率放大器的仿真电路原理图中存在的理想微带线全部转化为实际微带线，最后得到射频功率放大器的实际电路；优点是兼顾热性能和电性能，设计得到的射频功率放大器具有较好的热性能和电性能，整体性能高，且使用寿命长。

Description

一种射频功率放大器的设计方法
技术领域
本发明涉及一种射频功率放大器设计技术，尤其是涉及一种射频功率放大器的设计方法。
背景技术
射频功率放大器(以下简称射频功放)是无线通信***的重要组成部分之一，它的性能直接影响着整个无线通信***的通信质量。近年来，无线通信领域的研究者对射频功放的设计展开了广泛的研究。为了设计出满足无线通信***要求的射频功放，设计人员除了采用多频段式射频功放，还采用多种模式混合、多种结构融合等研究方法，但是这些方法设计得到的射频功放的实际表现均达不到预期的结果。理论和实验都证明，射频功放在实际工作中会消耗大部分的无线通信***功率，消耗的这些功率将导致射频功放热量积聚，进而引起射频功放温度的变化，最终导致射频功放的电性能偏离预期。
随着无线通信***的飞速发展，尤其是如今5G技术的大力推广，射频功放应用范围越来越广，应用环境也越来越复杂，射频功放的设计面临很多的挑战。现有的射频功放的设计方法对于射频功放热性能的研究不够充分，特别是在射频功放设计时对射频功放热特性***性的分析很少。现有的射频功放在设计时预期的电性能是建立在不考虑射频功放热性能情况下的，射频功放在正常工作时最高温度通常可达150℃。而当射频功放实际应用时，由于射频功放结构中每种材料属性各不相同，温度的变化会在射频功放结构中产生热应力和热形变，这些都将影响射频功放的电性能，导致其整体性能降低，严重时还可能对射频功放的结构产生损坏，影响使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种射频功率放大器的设计方法，该设计方法在设计过程中兼顾热性能和电性能，设计得到的射频功率放大器在具有较好的电性能的基础上，还具有较好的热性能，整体性能高，且使用寿命长。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种射频功率放大器的设计方法，包括以下步骤：
(1)根据射频功率放大器的工作频段及设计指标，选择合适的功率管作为射频功率放大器的功率管，其中功率管的选择范围限于其公司官网能够下载得到对应模型文件的功率管；在选择的功率管公司官网下载该功率管对应的模型文件，并将该模型文件导入到ADS仿真软件中，此时ADS仿真软件中保存有选择的功率管；
(2)根据射频功率放大器的工作频段、设计指标以及选择的功率管，采用ADS仿真软件设计得到射频功率放大器的仿真电路原理图，并对射频功率放大器的仿真电路原理图进行仿真，得到射频功率放大器的仿真结果图，在仿真结果图中观察记录射频功率放大器的耗散功率，计算得到耗散功率的平均值；针对射频功率放大器的仿真电路原理图，在ADS仿真软件的菜单栏中选择Layout按钮并单击Generate Layout生成射频功率放大器的版图，记录版图的尺寸及功率管在版图中的相对位置尺寸参数；选择射频功率放大器的电路板的板材，根据所选择的功率管和射频功率放大器的电路板的板材，在功率管的参数手册查找功率管尺寸参数，功率管的导热系数、弹性模量、热膨胀系数和泊松比参数，在射频功率放大器的电路板的板材的参数手册中查找该板材的厚度、介电常数、损耗角正切、导热系数、弹性模量、热膨胀系数和泊松比参数；
(3)在ANSYS软件中调用Geometry模块构建射频功率放大器热特性分析模型，具体为：先将射频功率放大器的电路板采用长方体表示，长方体的长度和宽度根据步骤(2)中射频功率放大器的版图尺寸决定，高度由射频功率放大器的电路板的板材的厚度决定，然后将射频功率放大器的功率管分为封装层、热源层和热沉层的三层结构，并且放置在射频功率放大器的电路板中，射频功率放大器的功率管在射频功率放大器的电路板中的位置根据步骤(2)中功率管在版图中的相对位置尺寸决定，封装层、热源层和热沉层的尺寸根据功率管的参数手册中功率管尺寸参数确定，最后在射频功率放大器的电路板的上表面和下表面分别进行覆铜，在射频功率放大器的电路板的上表面和下表面分别形成覆铜层，得到射频功率放大器热特性分析模型，其中所述的射频功率放大器热特性分析模型通过Geometry模块中线条工具进行绘制，电路板、功率管和覆铜层中任意两者具有接触之处为接触面，其它任意两者不存在接触之处均为非接触面；
(4)在ANSYS软件中调出Steady-State-Thermal模块(稳态温度仿真模块)，在Steady-State-Thermal模块中的Engineering Date中设置射频功率放大器的功率管的导热系数、弹性模量、热膨胀系数和泊松比参数以及射频功率放大器的电路板的板材的导热系数、弹性模量、热膨胀系数和泊松比参数；
(5)选择Steady-State-Thermal模块中的Mechanical界面中的Mesh选项，在弹出的菜单中先选择Insert Sizing命令，然后选择步骤(3)中构建得到的射频功率放大器热特性分析模型，在Element Size里选择网格大小为Fine(精细网格)，最后单击鼠标右键在弹出的快捷菜单中选择Generate Mesh命令，完成射频功率放大器模型的网格划分；
(6)在步骤(5)界面中，选取射频功率放大器热特性分析模型中热源层作为载荷，在Steady-State-Thermal模块中首先点击射频功率放大器热特性分析模型中热源层并选择Environment工具栏中的Heat命令中的Internal Heat Generation命令并双击，在弹出的参数设置窗口设置其热流密度，并在射频功率放大器热特性分析模型中非接触面上添加对流换热边界条件，其中，热流密度的取值为耗散功率的平均值除以热源层体积的商，在Steady-State-Thermal模块中选择Environment工具栏中的Convection命令并双击，在弹出的参数设置窗口根据射频功率放大器在实际应用的工作环境下温度计测得的环境温度来设置其对流换热边界条件中的对流换热系数，完成上述设置后，选择Solution工具栏中Thermal中Temperature选项，最后单击Solution命令进行仿真求解计算从而得到射频功率放大器热特性分析模型的温度分布仿真结果；
(7)在ANSYS软件中调出Static Structural模块(静态结构仿真模块)，通过Imported Body Temperature选项，将射频功率放大器热特性分析模型的温度分布仿真结果作为载荷加载至射频功率放大器热特性分析模型中，并在工具栏中依次选择Supports中Fixed Support选项对射频功率放大器热特性分析模型的底部及四周加载全约束边界条件，完成上述步骤后选择Solution工具栏中Deformation选项和Equivalent Stress选项，最后单击Solution命令进行仿真求解计算从而得到射频功率放大器的热应力和热形变分布仿真结果；
(8)进行覆铜层厚度优化设计：在步骤(5)界面中，选取射频功率放大器热特性分析模型中热源层作为载荷，在Steady-State-Thermal模块中首先点击射频功率放大器热特性分析模型中热源层并选择Environment工具栏中的Heat命令中的Internal HeatGeneration命令并双击，在弹出的参数设置窗口设置其热流密度，并在射频功率放大器热特性分析模型中非接触面上添加对流换热边界条件，其中，热流密度的取值为耗散功率的平均值除以热源层体积的商，在Steady-State-Thermal模块中选择Environment工具栏中的Convection命令并双击，在弹出的参数设置窗口根据射频功率放大器在实际应用的工作环境下温度计测得的环境温度来设置其对流换热边界条件中的对流换热系数，在ANSYS软件中选择Parameter Set选项并右击，从中选择Edit命令输入覆铜层厚度范围和步进值，完成上述设置后，选择Solution工具栏中Thermal中Temperature选项，最后单击Solution命令进行仿真求解计算从而得到不同覆铜层厚度下射频功率放大器热特性分析模型的温度分布仿真结果；在ANSYS软件中调出Static Structural模块(静态结构仿真模块)，通过Imported Body Temperature选项，将不同覆铜层厚度下射频功率放大器热特性分析模型的温度分布仿真结果依次作为载荷加载至射频功率放大器热特性分析模型中，并在工具栏中选择Supports中Fixed Support选项对射频功率放大器热特性分析模型的底部及四周加载全约束边界条件，完成上述步骤后选择Solution工具栏中Deformation选项和Equivalent Stress选项，最后单击Solution命令进行仿真求解计算从而分别得到不同覆铜层厚度下射频功率放大器的热应力和热形变分布仿真结果；根据上述仿真结果，并结合实际应用、考虑工艺成本因素，选取合适的覆铜层厚度作为射频功率放大器的电路板的上表面和下表面的覆铜层厚度；
(9)在ADS仿真软件中射频功率放大器的仿真电路原理图界面，单击工具栏中Linecalc，调出微带线换算工具Linecalc，在Linecalc工作界面中板材厚度、介电常数、损耗角正切、覆铜层厚度对应的参数设置栏内设置射频功率放大器的板材厚度、介电常数、损耗角正切和覆铜层厚度，在频率参数栏设置射频功率放大器的中心频率，中心频率根据射频功率放大器的工作频段来确定，在电气参数栏设置理想微带线的电长度参数，点击界面中综合按钮得到实际微带线的长和宽，按照此方法，将步骤(2)中得到的射频功率放大器的仿真电路原理图中存在的理想微带线全部转化为实际微带线，最后得到射频功率放大器的实际电路；
(10)在ADS仿真软件的菜单栏中选择Layout按钮并单击Generate Layout生成射频功率放大器的实际电路的版图，调整其布局，最后将绘制完成的版图进行实际加工测试，射频功率放大器设计完成。
所述的步骤(2)中根据射频功率放大器的工作频段、设计指标以及选择的功率管，采用ADS仿真软件设计得到射频功率放大器的仿真电路原理图的具体过程为：
A、在ADS仿真软件中打开一个设计窗口，在设计窗口处调出FET Curve Tracer模板，将Curve Tracer模板中原有的功率管用选择的功率管替代，根据选择的功率管的实验手册中的漏极电压和栅极电压，在Curve Tracer模板的VGS处设置漏极电压，VDS处设置栅极电压；在设计窗口菜单栏选择simulate菜单并点击simulate进行仿真，得到选择的功率管的漏极电压和漏极电流的输出曲线，在输出曲线中获取选择的功率管实验手册中的漏极电压对应的漏极电流，将该漏极电流所在坐标点作为静态工作点；
B、在ADS仿真软件中创建一个新的设计窗口进行稳定电路设计，具体过程为：
B-1、采用一个电阻和一个电容搭建稳定电路的电路结构：将电阻称为第一电阻、电容称为第一电容，将第一电阻的一端和第一电容的一端连接作为稳定电路的一端，将第一电阻的另一端和第一电容的另一端连接作为稳定电路的另一端；
B-2、确定第一电阻的电阻值和第一电容的电容值，具体为：在ADS仿真软件设计窗口处调出选择的功率管、两个理想电容器、栅极直流电压、漏极直流电压、一个电阻、一个电容、StabFact1控件和S参数仿真模板；将功率管的栅极分别与栅极直流电压与电容的一端连接，电容的另一端与第一个理想电容器的一端连接，电阻的一端与电容的一端连接，电阻的另一端与电容的另一端连接，功率管的漏极分别与漏极直流电压和第二个理想电容器的一端连接；将第一个理想电容器的另一端与S参数仿真模板中第一个仿真端口连接，第二个理想电容器的另一端与S参数仿真模板中第二个仿真端口连接，然后设置S参数仿真模板中的S参数仿真器的仿真频率范围为射频功率放大器的工作频段，在菜单栏中选择Simulate并点击Simulate对稳定电路进行仿真，得到StabFact1控件的输出曲线；依次双击电阻和电容，在弹出的电阻参数设置栏调整电阻的电阻值，在电容参数设置栏调整电容的电容值，同时观察StabFact1控件的输出曲线，当在射频功率放大器的工作频段内StabFact1控件的输出值大于1且小于2时，调整结束，记录电容的电容值和电阻的电阻值，该电容值记为第一电容的电容值，该电阻值即为第一电阻的电阻值；
B-3、稳定电路设计完成；
C、在ADS仿真软件中创建一个新的设计窗口进行偏置电路设计，具体过程为：
C-1、在设计窗口处调出一个理想微带线、四个电容、电源地和S参数仿真模板，该理想微带线为四分之一波长线；
C-2、搭建栅极偏置电路的电路结构：将理想微带线称为第一理想微带线，四个电容分别称为第二电容、第三电容、第四电容和第五电容，第一理想微带线的一端和第二电容的一端连接，第二电容的另一端与电源地连接，第三电容的一端与第二电容的一端连接，第三电容的另一端与电源地连接，第四电容的一端与第三电容的一端连接，第四电容的另一端与电源地连接，第五电容的一端与第四电容的一端连接，第五电容的另一端与电源地连接；
C-3、将第一理想微带线的另一端与S参数仿真模板中第一个仿真端口连接，第五电容器的另一端与S参数仿真模板中第二个仿真端口连接，然后设置S参数仿真模板中的S参数仿真器的仿真频率范围为射频功率放大器的工作频段，在菜单栏中选择Simulate并点击Simulate对栅极偏置电路进行仿真，在弹出的仿真结果窗口中选择S21曲线；
C-4、确定第二电容至第五电容的电容值，具体为：依次双击每个电容，在弹出的电容参数设置栏调整电容的电容值，同时观察S21输出曲线，当在射频功率放大器的工作频段内S21值小于-50dB，调整结束，记录此时每个电容的电容值；
C-5、栅极偏置电路设计完成；
C-6、在设计窗口处调出一个理想微带线、四个电容、电源地和S参数仿真模板，该理想微带线为四分之一波长线；
C-7、搭建漏极偏置电路的电路结构：将理想微带线称为第二理想微带线，四个电容分别称为第六电容、第七电容、第八电容和第九电容，第二理想微带线的一端和第六电容的一端连接，第六电容的另一端与电源地连接，第七电容的一端与第六电容的一端连接，第七电容的另一端与电源地连接，第八电容的一端与第七电容的一端连接，第八电容的另一端与电源地连接，第九电容的一端与第八电容的一端连接，第九电容的另一端与电源地连接；
C-8、将第二理想微带线的另一端与S参数仿真模板中第一个仿真端口连接，第九电容器的另一端与S参数仿真模板中第二个仿真端口连接，然后设置S参数仿真模板中的S参数仿真器的仿真频率范围为射频功率放大器的工作频段，在菜单栏中选择Simulate并点击Simulate对漏极偏置电路进行仿真，在弹出的仿真结果窗口中选择S21曲线；
C-9、确定第六电容至第九电容的电容值，具体为：依次双击每个电容，在弹出的电容参数设置栏调整电容的电容值，同时观察S21输出曲线，当在射频功率放大器的工作频段内S21值小于-50dB，调整结束，记录此时每个电容的电容值；
C-10、漏极偏置电路设计完成；
D、在ADS软件中调出Source-Pull仿真模板，在Source-Pull仿真模板中用选择的功率管替换原有的功率管，在模板中的Frequency处仿真频率范围为射频功率放大器的工作频段，将VGS处的漏极电压设置为静态工作点对应的漏极电压，将VDS处的栅极电压设置为静态工作点对应的栅极电压，将Pin处的输入功率设置为选择的功率管数据手册中的输出功率值和增益值的差值，采用源牵引方法仿真得出最优输入阻抗；
E、在ADS软件中创建一个新的设计窗口进行输入匹配电路设计，具体为：调出S参数仿真模板以及元器件栏中SmithChartMatch(Smith匹配工具)控件，将Smith匹配工具的左边端口与S参数仿真模板的第一个仿真端口连接，Smith匹配工具的右边端口与S参数仿真模板的第二个仿真端口连接，设置第一个仿真端口的阻抗值为50Ω，第二个仿真端口的阻抗值为上述得到的最优输入阻抗的共轭，S参数仿真模板中的S参数仿真器的仿真频率范围为射频功率放大器的工作频段，在工具栏Tools下单击打开Smith Chart工具并将之与SmithChartMatch相关联，使用Smith Chart工具进行输入匹配电路设计，得到输入匹配电路；
F、在ADS软件中调出Load-Pull仿真模板，在Load-Pull仿真模板处用选择的功率管替换原有的功率管，在模板中的Frequency处的频率范围设置为射频功率放大器的工作频段，将VGS处的漏极电压设置为静态工作点对应的漏极电压，将VDS处的栅极电压设置为静态工作点对应的栅极电压，将Pin处的输入功率设置为选择的功率管数据手册中的输出功率值和增益值的差值，采用负载牵引方法仿真得出最优输出阻抗；
G、在ADS软件中创建一个新的设计窗口进行输出匹配电路设计，具体为：调出S参数仿真模板以及元器件栏中SmithChartMatch(Smith匹配工具)控件，将Smith匹配工具的左边端口与S参数仿真模板的第一个仿真端口连接，Smith匹配工具右边端口与S参数仿真模板的第二个仿真端口连接，设置S参数仿真模板的第一个仿真端口的阻抗值为上述得到的最优输出阻抗的共轭，S参数仿真模板的第二个仿真端口的阻抗值为50Ω，S参数仿真模板中的S参数仿真器的仿真频率范围为射频功率放大器的工作频段，在工具栏Tools下单击打开Smith Chart工具并将之与SmithChartMatch相关联，使用Smith Chart工具进行输出匹配电路设计，得到输出匹配电路；
H、在ADS软件中创建一个新的设计窗口，将稳定电路、栅极偏置电路、漏极偏置电路、输入匹配电路、输出匹配电路复制到该设计窗口，并调出选择的功率管和电源地，将功率管的栅极与稳定电路的一端连接，稳定电路的另一端与输入匹配电路连接，栅极偏置电路中第一理想微带线的另一端与功率管的栅极连接，漏极偏置电路中第二理想微带线的另一端与功率管的漏极连接，输出匹配电路与功率管的漏极连接，功率管的源极与电源地连接，得到射频功率放大器的整体电路结构。
所述的步骤(10)中在调整其布局后还在版图中合适位置添加多个用于散热的过孔。
与现有技术相比，本发明的优点在于首先设计射频功率放大器的仿真电路原理图，然后通过构建射频功率放大器热特性分析模型研究射频功率放大器热性能，***性地分析了射频功率放大器的热特性，仿真求解计算了射频功率放大器的温度、热应力和热形变，通过分析不同覆铜层厚度下射频功率放大器的温度、热应力和热形变分析结果，并结合实际应用、考虑工艺成本因素，选取合适的覆铜层厚度作为射频功率放大器的电路板的上表面和下表面的覆铜层厚度，将射频功率放大器热特性分析得到覆铜层厚度以及射频功率放大器的板材厚度、介电常数、损耗角正切参数代入到射频功率放大器的仿真电路原理图界面工具栏Linecalc的工作界面中，同时在频率参数栏设置射频功率放大器的中心频率，在电气参数栏设置理想微带线的电长度参数，通过点击界面中综合按钮得到实际微带线的长和宽，并按照此方法，将射频功率放大器的仿真电路原理图中存在的理想微带线全部转化为实际微带线，最后得到射频功率放大器的实际电路，对本发明的设计方法设计得到的射频功率放大器加工制作及测试，在电性能方面，在射频功率放大器的工作频段内，输出功率不小于39.2dBm(设计值是40dBm)，增益不小于12dB(设计值不小于12dB)，功率附加效率不小于62.6％(设计值不小于50％)，在热性能方面，通过红外测温仪对射频功率放大器温度进行测量，射频功率放大器正常工作时的最高温度为90.0℃，与射频功率放大器热特性分析结果较吻合，并且射频功率放大器温度测量结果和射频功率放大器热特性分析结果均小于现有的在不考虑射频功率放大器热性能情况下设计的射频功率放大器正常工作时最高温度,由此本发明的设计方法在射频功率放大器设计过程中兼顾热性能和电性能，设计得到的射频功率放大器具有较好的热性能和电性能，整体性能高，且使用寿命长。
附图说明
图1为本发明的射频功率放大器的设计方法中对射频功率放大器的仿真电路原理图进行仿真，得到的射频功率放大器的仿真结果图；
图2为本发明的射频功率放大器的设计方法中构建得到的射频功率放大器热特性分析模型结构示意图；
图3为本发明的射频功率放大器的设计方法中射频功率放大器热特性分析模型进行网格划分后的结构示意图；
图4为本发明的射频功率放大器的设计方法中射频功率放大器热特性分析模型的温度分布仿真图；
图5为本发明的射频功率放大器的设计方法中射频功率放大器热特性分析模型的热应力分布仿真图；
图6为本发明的射频功率放大器的设计方法中射频功率放大器热特性分析模型的热形变分布仿真图；
图7为本发明的射频功率放大器的设计方法中不同覆铜层厚度下射频功率放大器的温度变化曲线图；
图8为本发明的射频功率放大器的设计方法中不同覆铜层厚度下射频功率放大器的热应力和热形变变化曲线图；
图9为本发明的射频功率放大器的设计方法中在版图中添加多个用于散热的过孔后的温度分布仿真图；
图10为本发明的射频功率放大器的设计方法得到的射频功率放大器电性能仿真和实际测试结果对比图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例：一种射频功率放大器的设计方法，包括以下步骤：
(1)根据射频功率放大器的工作频段及设计指标，选择合适的功率管作为射频功率放大器的功率管，其中功率管的选择范围限于其公司官网能够下载得到对应模型文件的功率管；在选择的功率管公司官网下载该功率管对应的模型文件，并将该模型文件导入到ADS仿真软件中，此时ADS仿真软件中保存有选择的功率管；
(2)根据射频功率放大器的工作频段、设计指标以及选择的功率管，采用ADS仿真软件设计得到射频功率放大器的仿真电路原理图，并对射频功率放大器的仿真电路原理图进行仿真，得到射频功率放大器的仿真结果图，如图1所示，在仿真结果图中观察记录射频功率放大器的耗散功率，计算得到耗散功率的平均值；针对射频功率放大器的仿真电路原理图，在ADS仿真软件的菜单栏中选择Layout按钮并单击Generate Layout生成射频功率放大器的版图，记录版图的尺寸及功率管在版图中的相对位置尺寸参数；选择射频功率放大器的电路板的板材，根据所选择的功率管和射频功率放大器的电路板的板材，在功率管的参数手册查找功率管尺寸参数，功率管的导热系数、弹性模量、热膨胀系数和泊松比参数，在射频功率放大器的电路板的板材的参数手册中查找该板材的厚度、介电常数、损耗角正切、导热系数、弹性模量、热膨胀系数和泊松比参数；
(3)在ANSYS软件中调用Geometry模块构建射频功率放大器热特性分析模型，具体为：先将射频功率放大器的电路板采用长方体1表示，长方体1的长度和宽度根据步骤(2)中射频功率放大器的版图尺寸决定，高度由射频功率放大器的电路板的板材的厚度决定，然后将射频功率放大器的功率管分为封装层2、热源层3和热沉层4的三层结构，并且放置在射频功率放大器的电路板中，射频功率放大器的功率管在射频功率放大器的电路板中的位置根据步骤(2)中功率管在版图中的相对位置尺寸决定，封装层2、热源层3和热沉层4的尺寸根据功率管的参数手册中功率管尺寸参数确定，最后在射频功率放大器的电路板的上表面和下表面分别进行覆铜，在射频功率放大器的电路板的上表面和下表面分别形成覆铜层，得到射频功率放大器热特性分析模型，如图2所示，其中射频功率放大器热特性分析模型通过Geometry模块中线条工具进行绘制，电路板、功率管和覆铜层中任意两者具有接触之处为接触面，其它任意两者不存在接触之处均为非接触面；
(4)在ANSYS软件中调出Steady-State-Thermal模块(稳态温度仿真模块)，在Steady-State-Thermal模块中的Engineering Date中设置射频功率放大器的功率管的导热系数、弹性模量、热膨胀系数和泊松比参数以及射频功率放大器的电路板的板材的导热系数、弹性模量、热膨胀系数和泊松比参数；
(5)选择Steady-State-Thermal模块中的Mechanical界面中的Mesh选项，在弹出的菜单中先选择Insert Sizing命令，然后选择步骤(3)中构建得到的射频功率放大器热特性分析模型，在Element Size里选择网格大小为Fine(精细网格)，最后单击鼠标右键在弹出的快捷菜单中选择Generate Mesh命令，完成射频功率放大器模型的网格划分，如图3所示；
(6)在步骤(5)界面中，选取射频功率放大器热特性分析模型中热源层作为载荷，在Steady-State-Thermal模块中首先点击射频功率放大器热特性分析模型中热源层并选择Environment工具栏中的Heat命令中的Internal Heat Generation命令并双击，在弹出的参数设置窗口设置其热流密度，并在射频功率放大器热特性分析模型中非接触面上添加对流换热边界条件，其中，热流密度的取值为耗散功率的平均值除以热源层3体积的商，在Steady-State-Thermal模块中选择Environment工具栏中的Convection命令并双击，在弹出的参数设置窗口根据射频功率放大器在实际应用的工作环境下温度计测得的环境温度来设置其对流换热边界条件中的对流换热系数，完成上述设置后，选择Solution工具栏中Thermal中Temperature选项，最后单击Solution命令进行仿真求解计算从而得到射频功率放大器热特性分析模型的温度分布仿真结果，其中温度分布图如图4所示；
(7)在ANSYS软件中调出Static Structural模块(静态结构仿真模块)，通过Imported Body Temperature选项，将射频功率放大器热特性分析模型的温度分布仿真结果作为载荷加载至射频功率放大器热特性分析模型中，并在工具栏中依次选择Supports中Fixed Support选项对射频功率放大器热特性分析模型的底部及四周加载全约束边界条件，完成上述步骤后选择Solution工具栏中Deformation选项和Equivalent Stress选项，最后单击Solution命令进行仿真求解计算从而得到射频功率放大器的热应力和热形变分布仿真结果，其中热应力分布图如图5所示，热形变分布图如图6所示；
(8)进行覆铜层厚度优化设计：在步骤(5)界面中，选取射频功率放大器热特性分析模型中热源层作为载荷，在Steady-State-Thermal模块中首先点击射频功率放大器热特性分析模型中热源层并选择Environment工具栏中的Heat命令中的Internal HeatGeneration命令并双击，在弹出的参数设置窗口设置其热流密度，并在射频功率放大器热特性分析模型中非接触面上添加对流换热边界条件，其中，热流密度的取值为耗散功率的平均值除以热源层体积的商，在Steady-State-Thermal模块中选择Environment工具栏中的Convection命令并双击，在弹出的参数设置窗口根据射频功率放大器在实际应用的工作环境下温度计测得的环境温度来设置其对流换热边界条件中的对流换热系数，在ANSYS软件中选择Parameter Set选项并右击，从中选择Edit命令输入覆铜层厚度范围，该范围为0.5～4.0(单位为盎司：oz)和步进值0.5(单位为盎司：oz)，完成上述设置后，选择Solution工具栏中Thermal中Temperature选项，最后单击Solution命令进行仿真求解计算从而得到不同覆铜层厚度下射频功率放大器热特性分析模型的温度分布仿真结果，不同覆铜层厚度下射频功率放大器的温度变化曲线如图7所示；在ANSYS软件中调出Static Structural模块(静态结构仿真模块)，通过Imported Body Temperature选项，将不同覆铜层厚度下射频功率放大器热特性分析模型的温度分布仿真结果依次作为载荷加载至射频功率放大器热特性分析模型中，并在工具栏中选择Supports中Fixed Support选项对射频功率放大器热特性分析模型的底部及四周加载全约束边界条件，完成上述步骤后选择Solution工具栏中Deformation选项和Equivalent Stress选项，最后单击Solution命令进行仿真求解计算从而分别得到不同覆铜层厚度下射频功率放大器的热应力和热形变分布仿真结果，不同覆铜层厚度下射频功率放大器的热应力和热形变变化曲线如图8所示；根据上述仿真结果，并结合实际应用、考虑工艺成本因素，选取合适的覆铜层厚度作为射频功率放大器的电路板的上表面和下表面的覆铜层厚度；
(9)在ADS仿真软件中射频功率放大器的仿真电路原理图界面，单击工具栏中Linecalc，调出微带线换算工具Linecalc，在Linecalc工作界面中板材厚度、介电常数、损耗角正切、覆铜层厚度对应的参数设置栏内设置射频功率放大器的板材厚度、介电常数、损耗角正切和覆铜层厚度，在频率参数栏设置射频功率放大器的中心频率，中心频率根据射频功率放大器的工作频段来确定，在电气参数栏设置理想微带线的电长度参数，点击界面中综合按钮得到实际微带线的长和宽，按照此方法，将步骤(2)中得到的射频功率放大器的仿真电路原理图中存在的理想微带线全部转化为实际微带线，最后得到射频功率放大器的实际电路；
(10)在ADS仿真软件的菜单栏中选择Layout按钮并单击Generate Layout生成射频功率放大器的实际电路的版图，调整其布局，最后将绘制完成的版图进行实际加工测试，射频功率放大器设计完成。
本实施例中，步骤(2)中根据射频功率放大器的工作频段、设计指标以及选择的功率管，采用ADS仿真软件设计得到射频功率放大器的仿真电路原理图的具体过程为：
A、在ADS仿真软件中打开一个设计窗口，在设计窗口处调出FET Curve Tracer模板，将Curve Tracer模板中原有的功率管用选择的功率管替代，根据选择的功率管的实验手册中的漏极电压和栅极电压，在Curve Tracer模板的VGS处设置漏极电压，VDS处设置栅极电压；在设计窗口菜单栏选择simulate菜单并点击simulate进行仿真，得到选择的功率管的漏极电压和漏极电流的输出曲线，在输出曲线中获取选择的功率管实验手册中的漏极电压对应的漏极电流，将该漏极电流所在坐标点作为静态工作点；
B、在ADS仿真软件中创建一个新的设计窗口进行稳定电路设计，具体过程为：
B-1、采用一个电阻和一个电容搭建稳定电路的电路结构：将电阻称为第一电阻、电容称为第一电容，将第一电阻的一端和第一电容的一端连接作为稳定电路的一端，将第一电阻的另一端和第一电容的另一端连接作为稳定电路的另一端；
B-2、确定第一电阻的电阻值和第一电容的电容值，具体为：在ADS仿真软件设计窗口处调出选择的功率管、两个理想电容器、栅极直流电压、漏极直流电压、一个电阻、一个电容、StabFact1控件和S参数仿真模板；将功率管的栅极分别与栅极直流电压与电容的一端连接，电容的另一端与第一个理想电容器的一端连接，电阻的一端与电容的一端连接，电阻的另一端与电容的另一端连接，功率管的漏极分别与漏极直流电压和第二个理想电容器的一端连接；将第一个理想电容器的另一端与S参数仿真模板中第一个仿真端口连接，第二个理想电容器的另一端与S参数仿真模板中第二个仿真端口连接，然后设置S参数仿真模板中的S参数仿真器的仿真频率范围为射频功率放大器的工作频段，在菜单栏中选择Simulate并点击Simulate对稳定电路进行仿真，得到StabFact1控件的输出曲线；依次双击电阻和电容，在弹出的电阻参数设置栏调整电阻的电阻值，在电容参数设置栏调整电容的电容值，同时观察StabFact1控件的输出曲线，当在射频功率放大器的工作频段内StabFact1控件的输出值大于1且小于2时，调整结束，记录电容的电容值和电阻的电阻值，该电容值记为第一电容的电容值，该电阻值即为第一电阻的电阻值；
B-3、稳定电路设计完成；
C、在ADS仿真软件中创建一个新的设计窗口进行偏置电路设计，具体过程为：
C-1、在设计窗口处调出一个理想微带线、四个电容、电源地和S参数仿真模板，该理想微带线为四分之一波长线；
C-2、搭建栅极偏置电路的电路结构：将理想微带线称为第一理想微带线，四个电容分别称为第二电容、第三电容、第四电容和第五电容，第一理想微带线的一端和第二电容的一端连接，第二电容的另一端与电源地连接，第三电容的一端与第二电容的一端连接，第三电容的另一端与电源地连接，第四电容的一端与第三电容的一端连接，第四电容的另一端与电源地连接，第五电容的一端与第四电容的一端连接，第五电容的另一端与电源地连接；
C-3、将第一理想微带线的另一端与S参数仿真模板中第一个仿真端口连接，第五电容器的另一端与S参数仿真模板中第二个仿真端口连接，然后设置S参数仿真模板中的S参数仿真器的仿真频率范围为射频功率放大器的工作频段，在菜单栏中选择Simulate并点击Simulate对栅极偏置电路进行仿真，在弹出的仿真结果窗口中选择S21曲线；
C-4、确定第二电容至第五电容的电容值，具体为：依次双击每个电容，在弹出的电容参数设置栏调整电容的电容值，同时观察S21输出曲线，当在射频功率放大器的工作频段内S21值小于-50dB，调整结束，记录此时每个电容的电容值；
C-5、栅极偏置电路设计完成；
C-6、在设计窗口处调出一个理想微带线、四个电容、电源地和S参数仿真模板，该理想微带线为四分之一波长线；
C-7、搭建漏极偏置电路的电路结构：将理想微带线称为第二理想微带线，四个电容分别称为第六电容、第七电容、第八电容和第九电容，第二理想微带线的一端和第六电容的一端连接，第六电容的另一端与电源地连接，第七电容的一端与第六电容的一端连接，第七电容的另一端与电源地连接，第八电容的一端与第七电容的一端连接，第八电容的另一端与电源地连接，第九电容的一端与第八电容的一端连接，第九电容的另一端与电源地连接；
C-8、将第二理想微带线的另一端与S参数仿真模板中第一个仿真端口连接，第九电容器的另一端与S参数仿真模板中第二个仿真端口连接，然后设置S参数仿真模板中的S参数仿真器的仿真频率范围为射频功率放大器的工作频段，在菜单栏中选择Simulate并点击Simulate对漏极偏置电路进行仿真，在弹出的仿真结果窗口中选择S21曲线；
C-9、确定第六电容至第九电容的电容值，具体为：依次双击每个电容，在弹出的电容参数设置栏调整电容的电容值，同时观察S21输出曲线，当在射频功率放大器的工作频段内S21值小于-50dB，调整结束，记录此时每个电容的电容值；
C-10、漏极偏置电路设计完成；
D、在ADS软件中调出Source-Pull仿真模板，在Source-Pull仿真模板中用选择的功率管替换原有的功率管，在模板中的Frequency处仿真频率范围为射频功率放大器的工作频段，将VGS处的漏极电压设置为静态工作点对应的漏极电压，将VDS处的栅极电压设置为静态工作点对应的栅极电压，将Pin处的输入功率设置为选择的功率管数据手册中的输出功率值和增益值的差值，采用源牵引方法仿真得出最优输入阻抗；
E、在ADS软件中创建一个新的设计窗口进行输入匹配电路设计，具体为：调出S参数仿真模板以及元器件栏中SmithChartMatch(Smith匹配工具)控件，将Smith匹配工具的左边端口与S参数仿真模板的第一个仿真端口连接，Smith匹配工具的右边端口与S参数仿真模板的第二个仿真端口连接，设置第一个仿真端口的阻抗值为50Ω，第二个仿真端口的阻抗值为上述得到的最优输入阻抗的共轭，S参数仿真模板中的S参数仿真器的仿真频率范围为射频功率放大器的工作频段，在工具栏Tools下单击打开Smith Chart工具并将之与SmithChartMatch相关联，使用Smith Chart工具进行输入匹配电路设计，得到输入匹配电路；
F、在ADS软件中调出Load-Pull仿真模板，在Load-Pull仿真模板处用选择的功率管替换原有的功率管，在模板中的Frequency处的频率范围设置为射频功率放大器的工作频段，将VGS处的漏极电压设置为静态工作点对应的漏极电压，将VDS处的栅极电压设置为静态工作点对应的栅极电压，将Pin处的输入功率设置为选择的功率管数据手册中的输出功率值和增益值的差值，采用负载牵引方法仿真得出最优输出阻抗；
G、在ADS软件中创建一个新的设计窗口进行输出匹配电路设计，具体为：调出S参数仿真模板以及元器件栏中SmithChartMatch(Smith匹配工具)控件，将Smith匹配工具的左边端口与S参数仿真模板的第一个仿真端口连接，Smith匹配工具右边端口与S参数仿真模板的第二个仿真端口连接，设置S参数仿真模板的第一个仿真端口的阻抗值为上述得到的最优输出阻抗的共轭，S参数仿真模板的第二个仿真端口的阻抗值为50Ω，S参数仿真模板中的S参数仿真器的仿真频率范围为射频功率放大器的工作频段，在工具栏Tools下单击打开Smith Chart工具并将之与SmithChartMatch相关联，使用Smith Chart工具进行输出匹配电路设计，得到输出匹配电路；
H、在ADS软件中创建一个新的设计窗口，将稳定电路、栅极偏置电路、漏极偏置电路、输入匹配电路、输出匹配电路复制到该设计窗口，并调出选择的功率管和电源地，将功率管的栅极与稳定电路的一端连接，稳定电路的另一端与输入匹配电路连接，栅极偏置电路中第一理想微带线的另一端与功率管的栅极连接，漏极偏置电路中第二理想微带线的另一端与功率管的漏极连接，输出匹配电路与功率管的漏极连接，功率管的源极与电源地连接，得到射频功率放大器的整体电路结构。
本实施例中，步骤(10)中在调整其布局后还在版图中合适位置添加多个用于散热的过孔。在版图中添加多个用于散热的过孔后的温度分布仿真图如图9所示。
对本发明的射频功率放大器的设计方法设计得到射频功率放大器进行仿真，对本发明的射频功率放大器的设计方法设计得到射频功率放大器实际产品进行测试，两者的电性能结果对比图如图10所示，分析图10可知：在射频功率放大器的工作频段内，射频功率放大器增益不低于12dB；输出功率不低于39.2dBm，功率附加效率不低于62.6％，测试结果与仿真结果相近，由此可知本发明的射频功率放大器的设计方法设计得到射频功率放大器具有较好的电性能。另外，通过红外测温仪对本发明的射频功率放大器的设计方法设计得到射频功率放大器实际产品的温度进行测量，射频功率放大器的最高温度达到90.0℃，与射频功率放大器热特性分析结果较吻合，并且射频功率放大器温度测量结果和射频功率放大器热特性分析结果均小于现有的在不考虑射频功率放大器热性能情况下设计的射频功率放大器工作时最高温度。由此可知本发明的射频功率放大器的设计方法设计得到射频功率放大器具有较好的热性能。

Claims (3)

1.一种射频功率放大器的设计方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)根据射频功率放大器的工作频段及设计指标，选择合适的功率管作为射频功率放大器的功率管，其中功率管的选择范围限于其公司官网能够下载得到对应模型文件的功率管；在选择的功率管公司官网下载该功率管对应的模型文件，并将该模型文件导入到ADS仿真软件中，此时ADS仿真软件中保存有选择的功率管；
(2)根据射频功率放大器的工作频段、设计指标以及选择的功率管，采用ADS仿真软件设计得到射频功率放大器的仿真电路原理图，并对射频功率放大器的仿真电路原理图进行仿真，得到射频功率放大器的仿真结果图，在仿真结果图中观察记录射频功率放大器的耗散功率，计算得到耗散功率的平均值；针对射频功率放大器的仿真电路原理图，在ADS仿真软件的菜单栏中选择Layout按钮并单击Generate Layout生成射频功率放大器的版图，记录版图的尺寸及功率管在版图中的相对位置尺寸参数；选择射频功率放大器的电路板的板材，根据所选择的功率管和射频功率放大器的电路板的板材，在功率管的参数手册查找功率管尺寸参数，功率管的导热系数、弹性模量、热膨胀系数和泊松比参数，在射频功率放大器的电路板的板材的参数手册中查找该板材的厚度、介电常数、损耗角正切、导热系数、弹性模量、热膨胀系数和泊松比参数；
(3)在ANSYS软件中调用Geometry模块构建射频功率放大器热特性分析模型，具体为：先将射频功率放大器的电路板采用长方体表示，长方体的长度和宽度根据步骤(2)中射频功率放大器的版图尺寸决定，高度由射频功率放大器的电路板的板材的厚度决定，然后将射频功率放大器的功率管分为封装层、热源层和热沉层的三层结构，并且放置在射频功率放大器的电路板中，射频功率放大器的功率管在射频功率放大器的电路板中的位置根据步骤(2)中功率管在版图中的相对位置尺寸决定，封装层、热源层和热沉层的尺寸根据功率管的参数手册中功率管尺寸参数确定，最后在射频功率放大器的电路板的上表面和下表面分别进行覆铜，在射频功率放大器的电路板的上表面和下表面分别形成覆铜层，得到射频功率放大器热特性分析模型，其中所述的射频功率放大器热特性分析模型通过Geometry模块中线条工具进行绘制，电路板、功率管和覆铜层中任意两者具有接触之处为接触面，其它任意两者不存在接触之处均为非接触面；
(4)在ANSYS软件中调出Steady-State-Thermal模块(稳态温度仿真模块)，在Steady-State-Thermal模块中的Engineering Date中设置射频功率放大器的功率管的导热系数、弹性模量、热膨胀系数和泊松比参数以及射频功率放大器的电路板的板材的导热系数、弹性模量、热膨胀系数和泊松比参数；
(5)选择Steady-State-Thermal模块中的Mechanical界面中的Mesh选项，在弹出的菜单中先选择Insert Sizing命令，然后选择步骤(3)中构建得到的射频功率放大器热特性分析模型，在Element Size里选择网格大小为Fine(精细网格)，最后单击鼠标右键在弹出的快捷菜单中选择Generate Mesh命令，完成射频功率放大器模型的网格划分；
(6)在步骤(5)界面中，选取射频功率放大器热特性分析模型中热源层作为载荷，在Steady-State-Thermal模块中首先点击射频功率放大器热特性分析模型中热源层并选择Environment工具栏中的Heat命令中的Internal Heat Generation命令并双击，在弹出的参数设置窗口设置其热流密度，并在射频功率放大器热特性分析模型中非接触面上添加对流换热边界条件，其中，热流密度的取值为耗散功率的平均值除以热源层体积的商，在Steady-State-Thermal模块中选择Environment工具栏中的Convection命令并双击，在弹出的参数设置窗口根据射频功率放大器在实际应用的工作环境下温度计测得的环境温度来设置其对流换热边界条件中的对流换热系数，完成上述设置后，选择Solution工具栏中Thermal中Temperature选项，最后单击Solution命令进行仿真求解计算从而得到射频功率放大器热特性分析模型的温度分布仿真结果；
(7)在ANSYS软件中调出Static Structural模块(静态结构仿真模块)，通过ImportedBody Temperature选项，将射频功率放大器热特性分析模型的温度分布仿真结果作为载荷加载至射频功率放大器热特性分析模型中，并在工具栏中依次选择Supports中FixedSupport选项对射频功率放大器热特性分析模型的底部及四周加载全约束边界条件，完成上述步骤后选择Solution工具栏中Deformation选项和Equivalent Stress选项，最后单击Solution命令进行仿真求解计算从而得到射频功率放大器的热应力和热形变分布仿真结果；
(8)进行覆铜层厚度优化设计：在步骤(5)界面中，选取射频功率放大器热特性分析模型中热源层作为载荷，在Steady-State-Thermal模块中首先点击射频功率放大器热特性分析模型中热源层并选择Environment工具栏中的Heat命令中的Internal Heat Generation命令并双击，在弹出的参数设置窗口设置其热流密度，并在射频功率放大器热特性分析模型中非接触面上添加对流换热边界条件，其中，热流密度的取值为耗散功率的平均值除以热源层体积的商，在Steady-State-Thermal模块中选择Environment工具栏中的Convection命令并双击，在弹出的参数设置窗口根据射频功率放大器在实际应用的工作环境下温度计测得的环境温度来设置其对流换热边界条件中的对流换热系数，在ANSYS软件中选择Parameter Set选项并右击，从中选择Edit命令输入覆铜层厚度范围和步进值，完成上述设置后，选择Solution工具栏中Thermal中Temperature选项，最后单击Solution命令进行仿真求解计算从而得到不同覆铜层厚度下射频功率放大器热特性分析模型的温度分布仿真结果；在ANSYS软件中调出Static Structural模块(静态结构仿真模块)，通过Imported Body Temperature选项，将不同覆铜层厚度下射频功率放大器热特性分析模型的温度分布仿真结果依次作为载荷加载至射频功率放大器热特性分析模型中，并在工具栏中选择Supports中Fixed Support选项对射频功率放大器热特性分析模型的底部及四周加载全约束边界条件，完成上述步骤后选择Solution工具栏中Deformation选项和Equivalent Stress选项，最后单击Solution命令进行仿真求解计算从而分别得到不同覆铜层厚度下射频功率放大器的热应力和热形变分布仿真结果，根据上述仿真结果，并结合实际应用、考虑工艺成本因素，选取合适的覆铜层厚度作为射频功率放大器的电路板的上表面和下表面的覆铜层厚度；
(9)在ADS仿真软件中射频功率放大器的仿真电路原理图界面，单击工具栏中Linecalc，调出微带线换算工具Linecalc，在Linecalc工作界面中板材厚度、介电常数、损耗角正切、覆铜层厚度对应的参数设置栏内设置射频功率放大器的板材厚度、介电常数、损耗角正切和覆铜层厚度，在频率参数栏设置射频功率放大器的中心频率，中心频率根据射频功率放大器的工作频段来确定，在电气参数栏设置理想微带线的电长度参数，点击界面中综合按钮得到实际微带线的长和宽，按照此方法，将步骤(2)中得到的射频功率放大器的仿真电路原理图中存在的理想微带线全部转化为实际微带线，最后得到射频功率放大器的实际电路；
(10)在ADS仿真软件的菜单栏中选择Layout按钮并单击Generate Layout生成射频功率放大器的实际电路的版图，调整其布局，最后将绘制完成的版图进行实际加工测试，射频功率放大器设计完成。
2.根据权利要求1所述的一种射频功率放大器的设计方法，其特征在于所述的步骤(2)中根据射频功率放大器的工作频段、设计指标以及选择的功率管，采用ADS仿真软件设计得到射频功率放大器的仿真电路原理图的具体过程为：
A、在ADS仿真软件中打开一个设计窗口，在设计窗口处调出FET Curve Tracer模板，将Curve Tracer模板中原有的功率管用选择的功率管替代，根据选择的功率管的实验手册中的漏极电压和栅极电压，在Curve Tracer模板的VGS处设置漏极电压，VDS处设置栅极电压；在设计窗口菜单栏选择simulate菜单并点击simulate进行仿真，得到选择的功率管的漏极电压和漏极电流的输出曲线，在输出曲线中获取选择的功率管实验手册中的漏极电压对应的漏极电流，将该漏极电流所在坐标点作为静态工作点；
B、在ADS仿真软件中创建一个新的设计窗口进行稳定电路设计，具体过程为：
B-1、采用一个电阻和一个电容搭建稳定电路的电路结构：将电阻称为第一电阻、电容称为第一电容，将第一电阻的一端和第一电容的一端连接作为稳定电路的一端，将第一电阻的另一端和第一电容的另一端连接作为稳定电路的另一端；
B-2、确定第一电阻的电阻值和第一电容的电容值，具体为：在ADS仿真软件设计窗口处调出选择的功率管、两个理想电容器、栅极直流电压、漏极直流电压、一个电阻、一个电容、StabFact1控件和S参数仿真模板；将功率管的栅极分别与栅极直流电压与电容的一端连接，电容的另一端与第一个理想电容器的一端连接，电阻的一端与电容的一端连接，电阻的另一端与电容的另一端连接，功率管的漏极分别与漏极直流电压和第二个理想电容器的一端连接；将第一个理想电容器的另一端与S参数仿真模板中第一个仿真端口连接，第二个理想电容器的另一端与S参数仿真模板中第二个仿真端口连接，然后设置S参数仿真模板中的S参数仿真器的仿真频率范围为射频功率放大器的工作频段，在菜单栏中选择Simulate并点击Simulate对稳定电路进行仿真，得到StabFact1控件的输出曲线；依次双击电阻和电容，在弹出的电阻参数设置栏调整电阻的电阻值，在电容参数设置栏调整电容的电容值，同时观察StabFact1控件的输出曲线，当在射频功率放大器的工作频段内StabFact1控件的输出值大于1且小于2时，调整结束，记录电容的电容值和电阻的电阻值，该电容值记为第一电容的电容值，该电阻值即为第一电阻的电阻值；
B-3、稳定电路设计完成；
C、在ADS仿真软件中创建一个新的设计窗口进行偏置电路设计，具体过程为：
C-1、在设计窗口处调出一个理想微带线、四个电容、电源地和S参数仿真模板，该理想微带线为四分之一波长线；
C-2、搭建栅极偏置电路的电路结构：将理想微带线称为第一理想微带线，四个电容分别称为第二电容、第三电容、第四电容和第五电容，第一理想微带线的一端和第二电容的一端连接，第二电容的另一端与电源地连接，第三电容的一端与第二电容的一端连接，第三电容的另一端与电源地连接，第四电容的一端与第三电容的一端连接，第四电容的另一端与电源地连接，第五电容的一端与第四电容的一端连接，第五电容的另一端与电源地连接；
C-3、将第一理想微带线的另一端与S参数仿真模板中第一个仿真端口连接，第五电容器的另一端与S参数仿真模板中第二个仿真端口连接，然后设置S参数仿真模板中的S参数仿真器的仿真频率范围为射频功率放大器的工作频段，在菜单栏中选择Simulate并点击Simulate对栅极偏置电路进行仿真，在弹出的仿真结果窗口中选择S21曲线；
C-4、确定第二电容至第五电容的电容值，具体为：依次双击每个电容，在弹出的电容参数设置栏调整电容的电容值，同时观察S21输出曲线，当在射频功率放大器的工作频段内S21值小于-50dB，调整结束，记录此时每个电容的电容值；
C-5、栅极偏置电路设计完成；
C-6、在设计窗口处调出一个理想微带线、四个电容、电源地和S参数仿真模板，该理想微带线为四分之一波长线；
C-7、搭建漏极偏置电路的电路结构：将理想微带线称为第二理想微带线，四个电容分别称为第六电容、第七电容、第八电容和第九电容，第二理想微带线的一端和第六电容的一端连接，第六电容的另一端与电源地连接，第七电容的一端与第六电容的一端连接，第七电容的另一端与电源地连接，第八电容的一端与第七电容的一端连接，第八电容的另一端与电源地连接，第九电容的一端与第八电容的一端连接，第九电容的另一端与电源地连接；
C-8、将第二理想微带线的另一端与S参数仿真模板中第一个仿真端口连接，第九电容器的另一端与S参数仿真模板中第二个仿真端口连接，然后设置S参数仿真模板中的S参数仿真器的仿真频率范围为射频功率放大器的工作频段，在菜单栏中选择Simulate并点击Simulate对漏极偏置电路进行仿真，在弹出的仿真结果窗口中选择S21曲线；
C-9、确定第六电容至第九电容的电容值，具体为：依次双击每个电容，在弹出的电容参数设置栏调整电容的电容值，同时观察S21输出曲线，当在射频功率放大器的工作频段内S21值小于-50dB，调整结束，记录此时每个电容的电容值；
C-10、漏极偏置电路设计完成；
D、在ADS软件中调出Source-Pull仿真模板，在Source-Pull仿真模板中用选择的功率管替换原有的功率管，在模板中的Frequency处仿真频率范围为射频功率放大器的工作频段，将VGS处的漏极电压设置为静态工作点对应的漏极电压，将VDS处的栅极电压设置为静态工作点对应的栅极电压，将Pin处的输入功率设置为选择的功率管数据手册中的输出功率值和增益值的差值，采用源牵引方法仿真得出最优输入阻抗；
E、在ADS软件中创建一个新的设计窗口进行输入匹配电路设计，具体为：调出S参数仿真模板以及元器件栏中SmithChartMatch(Smith匹配工具)控件，将Smith匹配工具的左边端口与S参数仿真模板的第一个仿真端口连接，Smith匹配工具的右边端口与S参数仿真模板的第二个仿真端口连接，设置第一个仿真端口的阻抗值为50Ω，第二个仿真端口的阻抗值为上述得到的最优输入阻抗的共轭，S参数仿真模板中的S参数仿真器的仿真频率范围为射频功率放大器的工作频段，在工具栏Tools下单击打开Smith Chart工具并将之与SmithChartMatch相关联，使用Smith Chart工具进行输入匹配电路设计，得到输入匹配电路；
F、在ADS软件中调出Load-Pull仿真模板，在Load-Pull仿真模板处用选择的功率管替换原有的功率管，在模板中的Frequency处的频率范围设置为射频功率放大器的工作频段，将VGS处的漏极电压设置为静态工作点对应的漏极电压，将VDS处的栅极电压设置为静态工作点对应的栅极电压，将Pin处的输入功率设置为选择的功率管数据手册中的输出功率值和增益值的差值，采用负载牵引方法仿真得出最优输出阻抗；
G、在ADS软件中创建一个新的设计窗口进行输出匹配电路设计，具体为：调出S参数仿真模板以及元器件栏中SmithChartMatch(Smith匹配工具)控件，将Smith匹配工具的左边端口与S参数仿真模板的第一个仿真端口连接，Smith匹配工具右边端口与S参数仿真模板的第二个仿真端口连接，设置S参数仿真模板的第一个仿真端口的阻抗值为上述得到的最优输出阻抗的共轭，S参数仿真模板的第二个仿真端口的阻抗值为50Ω，S参数仿真模板中的S参数仿真器的仿真频率范围为射频功率放大器的工作频段，在工具栏Tools下单击打开Smith Chart工具并将之与SmithChartMatch相关联，使用Smith Chart工具进行输出匹配电路设计，得到输出匹配电路；
H、在ADS软件中创建一个新的设计窗口，将稳定电路、栅极偏置电路、漏极偏置电路、输入匹配电路、输出匹配电路复制到该设计窗口，并调出选择的功率管和电源地，将功率管的栅极与稳定电路的一端连接，稳定电路的另一端与输入匹配电路连接，栅极偏置电路中第一理想微带线的另一端与功率管的栅极连接，漏极偏置电路中第二理想微带线的另一端与功率管的漏极连接，输出匹配电路与功率管的漏极连接，功率管的源极与电源地连接，得到射频功率放大器的整体电路结构。
3.根据权利要求1所述的一种射频功率放大器的设计方法，其特征在于所述的步骤(10)中在调整其布局后还在版图中合适位置添加多个用于散热的过孔。
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