晶体管最佳效率区域随频率逆时针旋转原因分析
在功率放大器的设计时，晶体管最佳区域随频率逆时针旋转 。但是，对于一般的微带电路，匹配阻抗区域是随着频率顺时针旋转的（也有称这个特性是Foster特性 ），因此功放的宽带匹配会存在问题。为了解决这个问题，许多学者进行了研究，使用补偿 或者non-Foster网络进行宽带的匹配设计（例如A high-efficiency design for 2.0-2.9 GHz 5-W GaN HEMT Class-E power amplifier using passive Q-constant non-Foster network）。
此处不详细对各种衍生的技术进行分析了，主要分析为什么晶体管最佳效率区域随频率逆时针旋转
目录
问题背景-晶体管最佳效率区域随频率逆时针旋转
晶体管最佳效率区域随频率逆时针旋转，这是一个非常常见的现象，在此举个例子，如RF-Input Load Modulated Balanced Amplifier With Octave Bandwidth 论文中的图片：
或者我博客18、ADS使用记录之超宽带功放设计的第五小节负载牵引和源牵引 中的牵引结果（1.4-2.2GHz）：
或者论文基于 GaN 的新型 F 类功率放大器的研究与设计 中的图片：
原因分析
此处的分析是我个人的理解，不一定正确的，如果有更好的理解可以一起分享嘞。对于一般的晶体管结构，一般包含如下的晶体管寄生参数网络 ：
可以看到，对于上面的图，其中起最主要作用的器件是第一个电容和电感 ，分别是1.22pF和0.55nH。那么，我们可以简化网络变成如下的形状(只是方便理解，阻抗设置为Ropt差不多30左右) ：
实际上，这是一个非常经典的R+L+C电路，其电抗可以计算为：
Z = R / / Z C + Z L = 1 1 30 + j w C + j w L \begin{array}{l} Z = R//{Z_C} + {Z_L}\\ = \frac{1}{{\frac{1}{{30}} + jwC}} + jwL \end{array} Z=R//ZC+ZL=301+jwC1+jwL
依据Matlab代码，可以计算出电路的谐振频率大概在4.3GHz左右（虚部为0）：
使用ADS仿真可以大概得出一致的结论：
由Matlab和ADS仿真结果可知，在2GHz以后，频率越高感性越强 。在整个频率段内，频率越高Smith图顺时针旋转。
！！！但是，晶体管需要的是怎样的匹配呢？是共轭匹配 。为什么需要共轭匹配呢，因为理想的晶体管负载是纯阻性的 ，任何电抗都是不理想的，需要被补偿 ，这样才能实现高功率高效率。例如，使用具备逆封装网络的负载：
但是，对于这样的逆封装网络的负载，其阻抗特性是非Foster的（频率越高阻抗逆时针旋转） ，因为其中使用了负的器件 ：
理想匹配负载（逆封装网络）和负载牵引的关系-以CGH40010F为例
！！！在理想情况下，逆封装网络的阻抗 就是负载牵引得到阻抗。因此负载牵引得到的阻抗也必然是逆时针旋转的。
下面是CGH40010F的逆封装网络，也就是去嵌入式封装网络：
其仿真结果是逆时针旋转：
CGH40010F的理想负载牵引的高功率结果和上面的S22曲线也是基本一致（高效率圆和S曲线不一致，因为共轭是保证最高的功率输出，但是变化的趋势是一致的，都是逆时针） ：