射頻功率放大器簡(jiǎn)介

1、射頻功率放大器簡(jiǎn)介,qupei may.2016,什么是功率放大器,簡(jiǎn)單說(shuō)，功率放大器作用就是把弱信號(hào)放大 利用三極管的電流控制作用或場(chǎng)效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號(hào)變化的電流，起到電流電壓放大的作用， 射頻功率放大器的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，比如在雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、衛(wèi)星地面站、電子對(duì)抗設(shè)備中都需要它,無(wú)線通信收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu),主要性能指標(biāo),1. 工作頻率范圍（f）： 指放大器滿足各級(jí)指標(biāo)的工作頻率范圍。放大器實(shí)際的工作頻率范圍可能會(huì)大于定義的工作頻率范圍。 2. 功率增益（g）： 指放大器輸出功率和輸入功率的比值，單位常用“db”。 3. 增益平坦度(g)： 指在一定溫度下，在整個(gè)工

2、作頻率范圍內(nèi)，放大器增益變化的范圍。增益平坦度由下式表示 g=（gmax-gmin）/2db g：增益平坦度 gmax：增益頻率掃頻曲線的幅度最大值 gmin：增益頻率掃頻曲線的幅度最小值,4. 噪聲系數(shù)(nf)： 噪聲系數(shù)是指輸入端信噪比與放大器輸出端信噪比的比值，單位常用“db”。 噪聲系數(shù)由下式表示：nf=10lg(輸入端信噪比/輸出端信噪比） 在放大器的噪聲系數(shù)比較低（例如nf1）的情況下，通常放大器的噪聲系數(shù)用噪聲溫度（t）來(lái)表示。 噪聲系數(shù)與噪聲溫度的關(guān)系為：t=（nf-1）t0 或 nf=t/t0+1 t0-絕對(duì)溫度（290k,主要性能指標(biāo),5. 功率效率和功率附加效率 功率放大

3、器的功率效率是功率放大器的射頻輸出功率與供給晶體管的直流 功率之比。 =直流輸入功率 / 射頻輸出功率 顯然，這種定義并沒(méi)有考慮晶體管的放大能力，即具有相同功率效率的兩個(gè)晶 體管的功率增益可以差別很大。通常，在設(shè)計(jì)功率放大器時(shí)，希望用功率增益高的功率晶體管。為此，又給出另一種定義 add= （射頻輸出功率-射頻輸入功率）/ 直流輸入功率 add稱為功率放大器的功率附加效率，它既反映了直流功率轉(zhuǎn)換成射頻功率的能力，又反映了放大射頻功率的能力。很明顯，用功率附加效率add衡量功率放大器的功率效率是比較合理的,主要性能指標(biāo),6. 飽和輸出功率 和 1db壓縮點(diǎn) 隨著輸入功率的繼續(xù)增大，放大器進(jìn)入非線

4、性區(qū)，其輸出功率不再隨輸入功率的增加而線性增加，也就是說(shuō)，其輸出功率低于小信號(hào)增益所預(yù)計(jì)的值。通常把增益下降到比線性增益低1db時(shí)的輸出功率值定義為輸出功率的1db壓縮點(diǎn)，用p1db放大器參數(shù)表示。典型情況下，當(dāng)功率超過(guò)p1db時(shí)，增益將迅速下降并達(dá)到一個(gè)最大的或完全飽和的輸出功率，其值比p1db大3-4db,主要性能指標(biāo),7. 三階交調(diào)截點(diǎn)（ip3）： 當(dāng)頻率為f1和f2的這兩個(gè)信號(hào)加到一個(gè)放大器時(shí)，該放大器的輸出不僅包含了這兩個(gè)信號(hào)，而且也包含了頻率為mf1+nf2的互調(diào)分量（im），這里稱m+n為互調(diào)分量的階數(shù)。在中等飽和電平時(shí)，通常起支配作用的是最接近基頻的三階分量。 因?yàn)槿A項(xiàng)直到畸

5、變十分嚴(yán)重的點(diǎn)都起著支配作用，所以常用三階截點(diǎn)（ip3）來(lái)表征互調(diào)畸變。三階截點(diǎn)是描述放大器線性程度的一個(gè)重要指標(biāo),主要性能指標(biāo),三階截點(diǎn)功率的典型值比p1db高10-12db。ip3可以通過(guò)測(cè)量im3得到，計(jì)算公式為： ip3=pscl+im3/2； pscl單載波功率； 如三階互調(diào)點(diǎn)已知，則基波與三階互調(diào)抑制比與三階互調(diào)點(diǎn)的雜散電平可由下式估計(jì)： 基波與三階互調(diào)抑制比=2ip3-（pin+g） 三階互調(diào)雜散電平=3（pin+g）-2ip3 在選擇射頻器件時(shí)，三階交調(diào)指標(biāo)的絕對(duì)值越大越好。其值越大，說(shuō)明交調(diào)產(chǎn)物相對(duì)主信號(hào)來(lái)說(shuō)越小，對(duì)系統(tǒng)的干擾影響越小,主要性能指標(biāo),主要性能指標(biāo),8. 輸入/

6、輸出駐波比（vswr）： 微波放大器通常設(shè)計(jì)或用于50阻抗的微波系統(tǒng)中,輸入/輸出駐波表示放大器輸入端阻抗和輸出端阻抗與系統(tǒng)要求阻抗（50）的匹配程度。 用下式表示： vswr = （1+|）/（1-|）； 其中= （z-z0）/（z+z0） vswr：輸入輸出電壓駐波比 ：反射系數(shù) z：放大器輸入或輸出端的實(shí)際阻抗 z0 ：需要的系統(tǒng)阻抗 駐波比的產(chǎn)生，是由于入射波能量傳輸?shù)教炀€輸入端b 未被全部吸收（輻射）、產(chǎn)生反射波，迭加而形成的。 vswr越大，反射越大，匹配越差,主要性能指標(biāo),9. 預(yù)失真 預(yù)失真就是在功率放大器前增加一個(gè)非線性電路用以補(bǔ)償功率放大器的非線性失真。 預(yù)失真線性化技術(shù)，

7、它的優(yōu)點(diǎn)在于不存在穩(wěn)定性問(wèn)題，有更寬的信號(hào)頻帶，能夠處理含多載波的信號(hào)。預(yù)失真技術(shù)成本較低，由幾個(gè)仔細(xì)選取的元件封裝成單一模塊，連在信號(hào)源與功放之間，就構(gòu)成預(yù)失真線性功放。手持移動(dòng)臺(tái)中的功放已采用了預(yù)失真技術(shù)，它僅用少量的元件就降低了互調(diào)產(chǎn)物幾db，但卻是很關(guān)鍵的幾db。預(yù)失真技術(shù)分為rf預(yù)失真和數(shù)字基帶預(yù)失真兩種基本類型。rf預(yù)失真一般采用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易于高頻、寬帶應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是頻譜再生分量改善較少、高階頻譜分量抵消較困難,匹配設(shè)計(jì),成功地設(shè)計(jì)微波功率放大器的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。在任何一個(gè)微波功率放大器設(shè)計(jì)中，錯(cuò)誤的阻抗匹配將使電路不穩(wěn)定，同時(shí)會(huì)使電路效

8、率降低和非線性失真加大。在設(shè)計(jì)功率放大器匹配電路時(shí)，匹配電路應(yīng)同時(shí)滿足匹配、諧波衰減、帶寬、小駐波、線性及實(shí)際尺寸等多項(xiàng)要求。當(dāng)有源器件一旦確定后，可以被選用的匹配電路是相當(dāng)多的，企圖把可能采用的匹配電路列成完整的設(shè)計(jì)表格幾乎是不現(xiàn)實(shí)的,輸出匹配電路主要應(yīng)具備損耗低，諧波抑制度高，改善駐波比，提高輸 出功率及改善非線性等功能。 諧波抑制。功率放大器的非線性特性使輸出不僅包含基波信號(hào)，同時(shí) 還存在各項(xiàng)諧波，諧波幅度大小與基波信號(hào)大小呈一定的比例關(guān)系。在 大功率放大器中，由于基波功率比較大，因此諧波功率也比較大，特別 是2次諧波和3次諧波，它們對(duì)系統(tǒng)的影響是不可忽略的。為了減小諧波 功率輸出，通常

9、輸出匹配電路采用低通結(jié)構(gòu)或帶通結(jié)構(gòu)。 改善駐波比。功率放大器匹配電路設(shè)計(jì)不完善會(huì)使功率放大器輸出駐 波比較大，因此會(huì)加大帶內(nèi)增益起伏，產(chǎn)生寄生信號(hào)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生自 激振蕩和燒毀功率管。因此，在設(shè)計(jì)輸出匹配電路時(shí)必須使駐波比較小輸出匹配電路設(shè)計(jì),匹配設(shè)計(jì),低損耗。在大功率放大器中，由于輸出功率較大，輸出電路有一點(diǎn)損耗就會(huì)有較大功率損失，并且，在輸出電路板上轉(zhuǎn)成熱耗，從而使電路的可靠性變差。例如，連續(xù)波輸出功率為200w，輸出匹配電路損耗為1db，則耗散在輸出匹配電路上的功率高達(dá)40w以上。輸出功率越大，輸出匹配電路上所耗散的功率越大。因此，在設(shè)計(jì)大功率放大器時(shí)，應(yīng)該盡可能減小輸出匹配電路的損耗。

10、 線性。由非線性分析知道，功率放大器的三階交調(diào)系數(shù)是與負(fù)載有關(guān)的，因此在設(shè)計(jì)輸出匹配電路時(shí)，必須考慮線性指標(biāo)的要求。 效率。功率放大器的效率除了取決于晶體管的工作狀態(tài)、電路結(jié)構(gòu)、負(fù)載等因素外，還與輸出匹配電路密切相關(guān)。要求輸出匹配電路保證基波功率增益最大，諧波功率增益最小，損耗盡可能小和良好的散熱裝置,匹配設(shè)計(jì),手機(jī)射頻模塊功率放大器,功率放大器(pa)用于將收發(fā)器輸出的射頻信號(hào)放大。功率放大器領(lǐng)域是一個(gè)有門檻的獨(dú)立的領(lǐng)域，也是手機(jī)里無(wú)法集成化的元件，同時(shí)這也是手機(jī)中最重要的元件，手機(jī)性能、占位面積、通話質(zhì)量、手機(jī)強(qiáng)度、電池續(xù)航能力都由功率放大器決定,手機(jī)射頻模塊功率放大器,功率放大器領(lǐng)域主要

11、廠家是rfmd、skyworks、triquint、renesas、nxp、 avago 、anadigics。原本是pa企業(yè)合作伙伴的高通，也直接加入到pa市場(chǎng)中，目前隨著通信模式和頻段的豐富，需要支持lte-fdd、lte-tdd、wcdma、ev-do、cdma 1x、td-scdma與gsm/edge七種模式，頻譜將涵蓋全球使用中的逾40個(gè)頻段,手機(jī)射頻模塊功率放大器,在手機(jī)射頻前端應(yīng)用上，有源pa的頻段比較多，每一頻段都要若干個(gè)放大器支持，所以有很多頻段的時(shí)候需要放很多pa。如何集成這些不同頻段和制式的功率放大器？目前有兩種方案：一種是融合架構(gòu)，將不同頻率的射頻功率放大器pa集成；另

12、一種架構(gòu)則是沿信號(hào)鏈路的集成，即將pa與雙工器集成。兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的手機(jī)。融合架構(gòu)，pa的集成度高，對(duì)于3個(gè)以上頻帶巨有明顯的尺寸優(yōu) 勢(shì)，5-7個(gè)頻帶時(shí)還具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。缺點(diǎn)是雖然pa集成了，但是雙工器仍是相當(dāng)復(fù)雜，并且pa集成時(shí)有開(kāi)關(guān)損耗，性能會(huì)受影響。而對(duì)于后一種架構(gòu)，性能更好，功放與雙功器集成可以提升電流特性，大約可以節(jié)省幾十毫安電流，相當(dāng)于延長(zhǎng)15%的通話時(shí)間。所以，業(yè)內(nèi)人士的建議是，大于6個(gè)頻段時(shí)（不算 2g，指3g和4g）采用融合架構(gòu)，而小于四個(gè)頻段時(shí)采用pa與雙工器集成的方案pad,手機(jī)射頻模塊功率放大器,多頻多模放大器（mmpa） 目前智能手機(jī)面臨15種制式

13、、12-13個(gè)頻段共存的局面。能否把pa做成寬頻，把這些頻段都覆蓋了。原則上1g附近，即800m，850m，900m附近，甚至700m，可以共用一條鏈路。2g附近，1.8g、1.9g、2.1g、2.4g、2.6g，可以做1個(gè)或者2個(gè)pa，把這些頻段都覆蓋了。mmpa使用大量頻帶和模式來(lái)確保漫游期間的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)服務(wù)可用性。高度集成的模塊提供了一個(gè)超小的外形尺寸，縮小產(chǎn)品的整體面積 同時(shí)減少外部元件數(shù)量、減少組裝成本、加快產(chǎn)品上市時(shí)間,對(duì)于成本問(wèn)題，可通過(guò)以下三方面來(lái)解決：一是將芯片做小，不過(guò)pa是大功率器件，做小后散熱很難，而采用砷化稼工藝的能量密度比 ldmos工藝的高、更有優(yōu)勢(shì)。二是制程突破，應(yīng)用于手機(jī)的pa一般采用6英寸晶圓，其他領(lǐng)域是4英寸，如果手機(jī)用pa全部采用6英寸晶圓，成本將會(huì)進(jìn)一步下降。三是用戶量，如果需求量大的話，則測(cè)試封裝成本都會(huì)隨之下降,手機(jī)射頻模塊功率放大器,atp和et,atp: auto power tracking et: envelope tracking atp與et是根據(jù)信號(hào)調(diào)整供電，降低功耗。 射頻功放的效率是和功放供電電壓成反比的，供電電壓越高效率越低。同時(shí)，為了滿足輸出功率，