随着微波通信技术的发展，人们对通信系统的要求越来越高，比如小型化、可靠性等，微波单片集成电路(MMIC)凭借小型紧凑、稳定性好、抗干扰能力强、批量生产成本低和产品性能一致性好等特点成为军事电子对抗及民用通信系统最具吸引力的选择。赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)具有增益、噪声、功率方面更加良好的特性，成为微波与毫米波单片集成电路和超高速数字集成电路领域最具竞争力的有源器件之一，当前，PHEMT MMIC研究已经成为MMIC研究的一大热点。本文的功率放大器便是采用PHEMT工艺技术，设计要求工作频段在3～4 GHz左右，其工作带宽要求大于500 MHz，要求信号线性特性好，频带内增益平坦度平滑，电路工作性能稳定。其功率增益的要求为30 dB左右。

　　设计采用TRANSCOM公司的PHEMT MMIC功放单片T(23331，TC3331是两级的MMIC功率放大器。工作频段为3．3～3．8 GHz(-3 dB带宽)，可以实现带宽500 MHz，P-1dB输出功率为30 dBm，G1dB功率增益为30 dB，工作电压一般为7 V，电流为700 mA。输入驻波比VWSR最大值为2：1。具有低成本、高性能的优点。该功放管电源偏置采用的是正负电压的偏置方式。在栅极和漏极的传输线上分别提供负压和正压偏置，这样的偏置方式适合于高功率、高效率放大器的设计，而且引入的源极反馈最小，对管芯的参数变化不会明显，放大器容易稳定。

　　在进行功率放大器设计时，一定要让电路在正确的直流偏置状态下运行。为了保护场效应功率管，一般都要求先给器件的栅极提供直流偏置，再给漏极提供直流偏置。基于MMIC器件的功率放大器设计中，直流偏置电路不仅要隔离射频信号，而且能提供放大器正常工作时的时序偏置电压和电流。为了保证芯片的安全正常工作，使直流供电电路具有时序的开关响应，选用MAXIM公司的负压器件MAX881R，一方面提供功放芯片所需的负电压，另一方面在负压稳定后产生控制电平的POK，实现供电电路的时序特性。同时选用In-ternational Rectifier公司的高速开关器件IRF9540N，完成对功放单片的供电控制。MAX881R的模型和主要控制时序图如图1和图2所示。

　　由图2可以看出，当芯片MAX881R开始工作时，7脚OUT输出负电压-2 V，通过分压电路设置转换为合适的负压然后送给功率放大器芯片TC3331的栅极，以满足VGS的需要。当VGS的电压到达输出要求的92．5 %时，4脚POK由高电平变为低电平使得IRF9540N开关管导通工作(图3)，输出高电平，然后通过IRF9540N的源极给功率放大器芯片管的漏极VDS供电，从而实现对功放管时序供电和控制。

　　为了满足一定的电磁兼容(EMC)特性，尽量减少功放电路的微波辐射信号对整个电路的影响，设计了功放屏蔽盒来满足这些条件。在设计时把微带电路(包括有源和无源器件)放入盒体内，工作在其频率以下将会减小微波元件由于辐射信号造成的影响。

　　式中：fcoff是截止频率(Hz)；c是光速(3×108m／s)；b是矩形腔体的宽边(m)，方程中假设了空气的介电常数是1。

　　可以看到，该屏蔽盒的宽度b是个关键的尺寸，为避免盒体内空间产生波导输出效应，盒体的宽度必须满足：

　　式中：H是工作频段高端频率的波长，如果不满足式(2)，在盒体内就可能产生波导型传播。在电路中微带线的开路端、跳变、分支结构等不均匀处都会产生微波辐射，电磁场将以波导模式在盒内空间传播影响到放大器的性能。当反向传播的电磁波构成正反馈时，会导致频带内增益平坦度变坏，在某些频率点上出现尖锋。反馈过强时，还容易出现自激振荡。同时，屏蔽盒相当于一个密闭的谐振腔，具有谐振效应，当电路工作频率接近其谐振频率时，部分能量被吸收，因而产生衰减的尖峰。设计时往往需修改屏蔽盒体尺寸，以避免谐振频率落于微带电路的工作频带内。

　　结合上述理论基础和相关设计，在ADS中经过性能仿真和优化设计，在Protel中构建整个电路系统的原理图如图4所示。