射频放大器中的扇形结构及其作用解析

在电路设计中，特别是涉及到功放电路等有源电路时，扇形微带线经常被用于偏置电路中。这种设计在功率放大器等电路中尤为常见，因为它涉及到控制功放管的栅极偏置电压（Vg）和源极偏置电压（Vd）。在这些设计中，必须将射频信号与偏置电压完全隔离开，以确保电路的正常工作。

为了隔离射频信号，通常会采用1/4波长微带线。这种微带线的特点是，对于射频信号来说，它相当于一个短路，而通过1/4波长微带线阻抗变换后，短路会变成开路，从而实现对射频信号的隔离。但是，有时候还需要额外的措施来确保直流信号不受射频信号的影响，这就是扇形微带线发挥作用的地方！ 扇形微带线在有源偏置电路中扮演着旁路电容的角色，其主要作用是将射频信号与直流信号隔离开来，以免射频信号影响到直流源。通常情况下，扇形微带线的半径被选取为四分之一波长，使得其长度为1/4波长。此外，扇形微带线的角度通常选取为90度左右，以确保对射频信号的有效隔离。 在具体的设计中，开路扇形微带线的设计十分关键。当在偏置端观察时，射频信号被视为短路，因此不会再影响到直流源，从而实现了射频信号和直流信号的有效隔离。

这里引用的是CSDN博主“怡步晓心l”的博客实验：

1、设计要求

此处设计F类功放设计偏置电路，其要求为基波和奇次谐波开路，偶次谐波短路。一般而言，F类功放的偏置电路也可以用于通用的功放设计电路，其具体要求如下：

中心频率：2.4Ghz

基波对地开路：基波对地阻抗>10000欧姆

二次谐波对地短路：二次谐波对地阻抗<1欧姆

三次谐波对地近似开路：三次对地阻抗>200欧姆

不影响基波通过

2、原理图设计 按照最初的理论部分的结构图进行设计，构建如下的电路原理图：

其中TL2为四分之一波长线，两个扇形微带线分别工作在基波频率和二次谐波频率，从而使1端口基波和三次谐波开路，二次谐波短路。对此电路进行仿真和调谐，得到如下结果：

由上图可见，原理图仿真可以基本满足设计要求，对其进行版图仿真。 3、版图仿真 此处使用Rogers4350B板材，其参数为3.66和0.0037，进行合理设置并添加相关端口，构建如下的原理图：

在此节目生成电路板图，生成后如下所示：

对此版图进行layout设置，具体细节不详细赘述了，基本参数如下：

 

 

 

 

全部设置后点击仿真按钮进行版图仿真，一段时间后运行结束，得到EMmodel：

使用layout建立symbol，选择looklike选项，建立后如下所示：

4、版图联合仿真 新建原理图，用于版图联合仿真测试，插入之前产生的symbol和相关控件：

选择使用emModel作为仿真数据：

设置好扫频参数，点击仿真按钮进行仿真，得到如下结果：

由此可以看到设计的偏置电路效果很好，能够达到要求，但是在大部分情况下原理图仿真结果和版图仿真结果并不一致，需要进行微调。比如版图仿真结果中心频率偏移了100Mhz变成了2.5Ghz，那么我在原理图设计的时候需要将原理图仿真结果调整到2.3Ghz才行，由此才更有可能在版图仿真时得到2.4Ghz的结果。 审核编辑：黄飞