射频电路仿真

信息时代的到来极大地改变了人类社会的生产、生活、工作和学习方式。射频功率放大器不仅在通讯系统中得到广泛应用，还逐渐被应用于其他领域内。本文为一种新型射频导热治疗仪所设计的大功率射频放大器电路，满足工作于射频低端。借助ADS仿真软件采用负载牵引技术的设计方式，通过对整体效率、功率增益、功率容量等一系列的对比。得出最佳输入、输出阻抗，并进行阻抗匹配电路的设计。在此基础上对整个功率放大电路进行谐波平衡优化仿真，显示达到良好的设计效果。

对于射频功率放大器在医疗方面的应用，由于欧美等发达国家在此技术领域展开了较早的关注和研究，其科研成果处于前沿地位。而该行业在国内研究起步较晚，加上技术壁垒，大多还处于初步研究和实验阶段。

本文所设计的新型射频导热治疗主要硬件部分是一种大功率射频放大器电路，旨在集成以往中小功率的该类产品，不仅可以大大减少器件的使用，节约成本，还提高了系统的稳定性和空间、体积上的优势。其输出端经过功分器可直接与施加在患者身体部位的导热针相连接，从而达到利用射频电磁波作用于人体病变组织，消除肌体中无菌性炎症，松解肌肉痉挛，增加局部供血，促进组织修复和肌细胞再生，从而解除软组织疼痛的医疗保健作用。相信不久的将来，此类技术成果会逐渐应用到保健按摩、局部美容，甚至微创外科手术中去，并将开创医学领域的新亮点。

功率放大电路性能指标

工作频率：540kHz左右;输出功率:200~300W(输入1W);功率增益：≥23dB;增益平坦度：≤4dB;工作温度：-40℃～+65℃。其它参数没有特殊要求，就按本领域设计的一般要求来设定。

设计要求540kHz的工作频率属于射频领域内的低频率范围，选择器件时要考虑此频率下的仿真特性与等效模型。考虑到功率放大器输出寄生电容要求在pF量级，输出功率要求为54dBm，可选择市面上统一封装在一起的互补对管满足大功率、高增益的需求，以及经受住过流、耐压，足够的裕量值和良好的散热设计。同时在提高效率、防止引入额外损耗、精简体积、增加整体稳定性上大有裨益。最终本设计功率放大器件选用Freescale公司(已被NXP公司收购)发售型号为MRF6VP5300N的LDMOS晶体管。它的器件模型和基本参数如图1及表1所示[2]。图1中的“FSL_TECH_INCLUDE”是仿真时的控件，用于支持模型库。模型下面的参数TNOM指环境温度，TSNK、RTH、CTH分别是热沉温度、热电阻系数、热电容系数，无特殊要求一般选择默认值。

在AB类工作状态下，参考工作频率是1.8～600MHz，额定输出功率54.8dBm，增益24.8dB。在VDD=50V，1MHz情况下，其漏极寄生输出电容为lpF。以上指标满足我们的设计要求。其漏极最大工作电压为65V，可以保证本论文设计的要求。通过晶体管直流特性分析，可以确定其栅极偏置电压。设计目标输出功率在300W左右，为了便于匹配，我们统一选择匹配电阻为50Ω。同时，考虑到其他引入的损耗，要适当地提高漏极电压，预设晶体管漏极最高电压理论上为53.4V，低于晶体管额定漏极电压，保证晶体管的安全工作