電磁解析シミュレータによるRFアンプ設計(3)

今回はインピーダンス・マッチング（実践編）です。

まずBFS505の特性をスミスチャートで見てみましょう。今回は1GHzのアンプですが、0.1GHzから1.6GHzまでをスキャンしてみました。

これを見ると、入力側の反射を示すS₁₁は、レジスタンス50Ωでキャパシタンス（容量性コンダクタンスが強い）です。
また、出力側のS₂₂は、レジスタンス100Ωで同じくキャパシタンスです。
なので、入力側は直列インダクタで整合できそうです。出力側は、入力側の整合でインピーダンスは下がるので、直列インダクタンスだけで大丈夫かな。

こんな当たりをつけて、整合素子を挿入したらインピーダンス曲線がどのように動くか、おおまかに予想しながらsonnetのネットリスト分析を行います。

実際には、入力に直列インダクタと並列コンデンサも挿入し、出力側には直列インダクタを挿入して、次のようなチャートが得られました。1GHzまで、できるだけフラットな特性にしたので、S₂₁は0.6GHzから1GHzまで18dB程度、アイソレーションは1GHzでS₁₁、S₂₂とも-12dB程度とれています。

下図は、ネットリストの分析結果を踏まえた整合回路です。

次に、この回路をどのような素子で組んでいくか考えます。まず、基板はガラスエポキシFR-4の1.6mm厚を使います。裏面はベタアースで、表面にストリップラインの伝送路を作ります。
ストリップラインの特性インピーダンスを50Ωとした場合の、線幅を求めます。これもsonnetの電磁解析で線幅を変化させながら周波数特性をみると、h=2.8mmとなります。

次に素子ですが、チップ部品は寄生容量があるので、注意して使わないといけません。
整合用のインダクタL₁は7nHなので、高インピーダンス回路のミアンダ線路にします。L₂は25nHと比較的高いインダクタンスなので、スパイラル線路かチップインダクタを使用します。

次回は整合回路をsonnetで作り解析してみます。

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