关于ADS负载牵引设计的总结

编者注：最近和手机硬件和射频工程师联系的比较多，一些工程师谈到Load pull（负载牵引）的设计，总觉得存在一些问题。射频功率放大器的设计离不开ADS的仿真，在仿真中往往采用负载牵引的方法。相信大家一定都遇到过仿真结果不收敛而导致仿真停止的情况。本文是我在网上看到的一篇关于ADS负载牵引设计的总结，写得比较基础，特此转载，希望能够对更多的人起到帮助作用。本文来自新浪博客的两篇文章的汇总。

加入 ADS 群半年多来，不时在群里面碰到有人问做负载牵引时出现的不收敛问题，虽然自己也自告奋勇的出来聊几句，奈何自己的文采有限，无法说清楚这个问题。其实我自己半年前也曾为此问题困扰一个星期之久，幸好有群里面的流星和羽纤二位大哥的指点，二位大哥对我在ADS 操作和射频微波功放方面的困惑进行了无私的指点，加快了我完成了雷达发射机的研制进程，对此我深表感谢。

前些时候，群里面部分同样如我半年前一样在负载牵引上遇到困惑的人邀请我写一个实例，用这个实例来说明如何解决负载牵引中碰到的不收敛问题，由于这几天我刚接手了另外两个雷达发射机的研制项目，一直没有抽出足够的时间来写，今天有时间就做个注解，写得不好，不要介意，但愿本文档对一些刚入门的新手在碰到负载牵引时出现的不收敛问题能提供一些帮助。

下面我以freescale的新一代功放管MRF6V2300作为例子来说明负载牵引问题。MRF6V2300 是freescale 推出的新一代功放管，CW 输出功率为300W，额定漏工作电压为50V，工作频率为10-600MHz，价格仅500 元一只，是米波雷达和广播电视发射机的廉价实用管子。

其DATASHEET 上提供了三个典型的频率点的输入和输出阻抗：27MHz，220MHz，450MHz。参考静态偏置电压典型值为2.6V时，其静态偏置电流典型值是900mA，因为比较容易，这里面我不作静态电流的仿真了，直接采用静态偏置电压2.6V（ADS仿真结果是919mA）。

先仿真频点f1=27MHz，datasheet 上显示其输出负载Zload=3.50+j*0.19。我们打开ADS，新建一个空白原理图，在其工具栏的DesignGuide上点击下拉菜单中选择Amplifier 点1-Tone Nonlinear Simulations 展开，选择Load-Pull-PAE,Output Power Contours 然后点击OK按钮就行了，出来如图1-1 所示的原始原理图和图1-2 所示的原始仿真图：

图1-1 Load-Pull 原始原理图

图1-2 Load-Pull 原始仿真图

对图1-1，我们首先更换管子成我们要测试的MRF6V2300N，把两个图标都换上，然后输入功率Pavs 改成20dBm，频率RF freq 改成27MHz，漏电压Vhigh改成50，栅压（偏置电压）改成2.6，其它都不变，如图1-3 所示：

从图 1-4 可以看到，在输入为20dBm的情况下，其输出已经达到了53.79dBm了，这离其典型输出功率300W（54.7dBm）已经很接近，但我们从图1-4 的左下角的坐标图中看到其功率圆和效率圆的圆心都没有显示出来，对图1-4左下角的坐标图局部放大如图1-5所示：

图1-5 左下角坐标图局部放大图

从图1-5 中，我们可以看出，其功率圆和效率圆的圆心在图的正左方，我们重新设定图1-1 中原始图的圆心，我们大胆猜测其圆心s11_center 为-0.75+j*0.0，半径s11_rho 为0.2，并将采样点数改为500，如图1-6 所示：

为什么用右下角的图？而不是左上角的图？纯属个人喜好，我就不喜欢某些高高在上的人，就算图我也不喜欢高高在上的那两幅，而喜欢很谦虚的下面两幅，下面两幅图我用着舒坦！相信等我介绍完了下面两幅图的妙处之后，你也会喜欢底下哥俩的！好，现在把最大输出功率框图移到移动到图标m3附近，这样看得清楚些，如图1-9 所示：

图1-12 输出阻抗显示图

从图1-12 中可以看出最大输出功率（54.48dBm）时，输出阻抗为4.486+j*0.812，效率为62.54%。之所以采用右下角那个图，是因为右下角那个图精度很高（不像左上角那个图，精度很差，简直不可忍受！）好了，现在可以加大输入功率了，为了测试出300W 时候的输出阻抗，必须加大输入功率！现在增加输入功率到21 dBm，其它不变如图1-13 所示：

图1-14 加大输入功率后的仿真图我们再一次对图1-14 的m3 的光标进行移动。使其移动到附近最大输出功率框图显示为54.82dBm（303.39W），如图1-15 所示：

图1-15 移动到最大输出功率的功率圆和光标现在，再次缩小仿真结果图，你只要用鼠标的滚轮往下滚就行了，你就可以看到如图1-16 的300W 输出所对应的阻抗和效率了，其输出阻抗是Zload=3.932+j*0.795，效率为60.54%。这就是我们我们要的最终结果！

Loadpull仿真时经常遇到不收敛的情况

1）smith圆图中仿真阻抗范围太大，适当设置减小loadpull阻抗范围可增加收敛。提高HB仿真器的阶数，默认为5，可以设更高点也能增加收敛。

根据我的经验，之前在牵引ＮＰＴＢ００００４这个ＧａＮ管子的时候，也经常遇到不收敛的情况。一般我是根据错误提示，对ＨＢ仿真控制里进行各项参数的设置，如下图，包括收敛模式，最大迭代次数，算法等参数，一般根据错误提示设置后就能收敛了。

2）另外的因素还包括原理图阻抗牵引的点数，栅极的阻抗，一般栅极都是很小的阻抗，如果太小接近ｓｍｉｔｈ圆图边沿也会比较难收敛，这时可在条件允许情况适当取大一点栅极电阻，让它往中间移，这样能提高收敛性，而且在后面匹配的时候也更好匹配。

3）谐波仿真器中阶数降下来，5阶3阶都试试！