信息時(shí)代的到來極大地改變了人類社會的生產(chǎn)、生活、工作和學(xué)習(xí)方式。射頻功率放大器不僅在通訊系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，還逐漸被應(yīng)用于其他領(lǐng)域內(nèi)。本文為一種新型射頻導(dǎo)熱治療儀所設(shè)計(jì)的大功率射頻放大器電路，滿足工作于射頻低端。借助ADS仿真軟件采用負(fù)載牽引技術(shù)的設(shè)計(jì)方式，通過對整體效率、功率增益、功率容量等一系列的對比。得出最佳輸入、輸出阻抗，并進(jìn)行阻抗匹配電路的設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上對整個功率放大電路進(jìn)行諧波平衡優(yōu)化仿真，顯示達(dá)到良好的設(shè)計(jì)效果。
對于射頻功率放大器在醫(yī)療方面的應(yīng)用，由于歐美等發(fā)達(dá)國家在此技術(shù)領(lǐng)域展開了較早的關(guān)注和研究，其科研成果處于前沿地位。而該行業(yè)在國內(nèi)研究起步較晚，加上技術(shù)壁壘，大多還處于初步研究和實(shí)驗(yàn)階段。
本文所設(shè)計(jì)的新型射頻導(dǎo)熱治療主要硬件部分是一種大功率射頻放大器電路，旨在集成以往中小功率的該類產(chǎn)品，不僅可以大大減少器件的使用，節(jié)約成本，還提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和空間、體積上的優(yōu)勢。其輸出端經(jīng)過功分器可直接與施加在患者身體部位的導(dǎo)熱針相連接，從而達(dá)到利用射頻電磁波作用于人體病變組織，消除肌體中無菌性炎癥，松解肌肉痙攣，增加局部供血，促進(jìn)組織修復(fù)和肌細(xì)胞再生，從而解除軟組織疼痛的醫(yī)療保健作用。相信不久的將來，此類技術(shù)成果會逐漸應(yīng)用到保健按摩、局部美容，甚至微創(chuàng)外科手術(shù)中去，并將開創(chuàng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新亮點(diǎn)。
功率放大電路性能指標(biāo)
工作頻率：540kHz左右;輸出功率:200~300W(輸入1W);功率增益：≥23dB;增益平坦度：≤4dB;工作溫度：-40℃～+65℃。其它參數(shù)沒有特殊要求，就按本領(lǐng)域設(shè)計(jì)的一般要求來設(shè)定。
設(shè)計(jì)要求540kHz的工作頻率屬于射頻領(lǐng)域內(nèi)的低頻率范圍，選擇器件時(shí)要考慮此頻率下的仿真特性與等效模型?？紤]到功率放大器輸出寄生電容要求在pF量級，輸出功率要求為54dBm，可選擇市面上統(tǒng)一封裝在一起的互補(bǔ)對管滿足大功率、高增益的需求，以及經(jīng)受住過流、耐壓，足夠的裕量值和良好的散熱設(shè)計(jì)。同時(shí)在提高效率、防止引入額外損耗、精簡體積、增加整體穩(wěn)定性上大有裨益。最終本設(shè)計(jì)功率放大器件選用Freescale公司(已被NXP公司收購)發(fā)售型號為MRF6VP5300N的LDMOS晶體管。它的器件模型和基本參數(shù)如圖1及表1所示[2]。圖1中的“FSL_TECH_INCLUDE”是仿真時(shí)的控件，用于支持模型庫。模型下面的參數(shù)TNOM指環(huán)境溫度，TSNK、RTH、CTH分別是熱沉溫度、熱電阻系數(shù)、熱電容系數(shù)，無特殊要求一般選擇默認(rèn)值。
在AB類工作狀態(tài)下，參考工作頻率是1.8～600MHz，額定輸出功率54.8dBm，增益24.8dB。在VDD=50V，1MHz情況下，其漏極寄生輸出電容為lpF。以上指標(biāo)滿足我們的設(shè)計(jì)要求。其漏極最大工作電壓為65V，可以保證本論文設(shè)計(jì)的要求。通過晶體管直流特性分析，可以確定其柵極偏置電壓。設(shè)計(jì)目標(biāo)輸出功率在300W左右，為了便于匹配，我們統(tǒng)一選擇匹配電阻為50Ω。同時(shí)，考慮到其他引入的損耗，要適當(dāng)?shù)靥岣呗O電壓，預(yù)設(shè)晶體管漏極最高電壓理論上為53.4V，低于晶體管額定漏極電壓，保證晶體管的安全工作
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