功率放大器設(shè)計教材

1、1提高功率放大器的線性，是當(dāng)前微波電路設(shè)計研究的熱點。2工作頻帶是指放大器應(yīng)滿足全部性能指標(biāo)的連續(xù)頻率范圍。硅雙極型晶體管功率放大器和硅金屬氧化物場效應(yīng)管功率放大器的工作頻率是從300MHz到4GHz（注：以上數(shù)據(jù)是1995年前水平），砷化鎵場效應(yīng)管功率放大器的工作頻率是從一吉赫到幾十吉赫。為了適應(yīng)通信技術(shù)的發(fā)展，專門開辟了標(biāo)準(zhǔn)通信頻道，工作帶寬從0.5GHz到1GHz，如表7-1所列。表 7-1 微波通信專用頻段頻段C頻率(GHz)3.74.24.45.05.35.95.96.46.47.27.17.77.78.5頻段X, Ku頻率(GHz)9.510.510.711.711.712.212

2、.713.214.014.531飽和輸出功率當(dāng)功率放大器的輸入功率加大到某一值后，再加大輸入功率并不會改變輸出功率的大小，該輸出功率稱為功率放大器的飽和輸出功率。21dB壓縮點輸出功率P1dB功率放大器增益壓縮1dB所對應(yīng)的輸出功率稱為1dB壓縮點輸出功率，記作P1dB。最好的功率匹配并不能得到最好的增益匹配。通常高功率器件的增益低于低功率器件的增益。在寬帶系統(tǒng)中要想得到較好的功率輸出是很難實現(xiàn)寬帶匹配的。4功率放大器的功率效率0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P（7-1）對于雙極晶體管情況，P稱為集電極效率，對于 MOSFET 和 MESFET，

3、稱之為漏極效率。顯然，這種定義并沒有考慮晶體管的放大能力，即具有相同功率效率的兩個晶體管的功率增益可以差別很大。通常，在設(shè)計功率放大器時，希望用功率增益高的功率晶體管。為此，又給出另一種定義直流輸入功率射頻輸入功率射頻輸出功率 add（7-2）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。5交調(diào)失真是具有不同頻率的兩個或更多的輸入信號經(jīng)過功率放大器而產(chǎn)生的混合分量，它是由于功率放大器的非線性造成的。若輸入 l 個信號，其角頻率分別是1、2、l，由于功率放大器的非線性作用，

4、輸出分量中將包含許多混合分量, 2 , 1 , 0,21pnmpnml各分量分別稱為（m+n+p）階交調(diào)分量。功率放大器的非線性越強(qiáng)，交調(diào)分量越大。交調(diào)分量的大小可以用交調(diào)系數(shù)表示，假如輸入 l 個等幅信號， （m+p）階交調(diào)系數(shù)可以寫成dBc lg10lg101lpmpmpmPPPPM式中，P1、Pl分別對應(yīng)于角頻率1、l的波輸入功率；Pm+p是（m+p）階交調(diào)功率。Mm+p的單位是 dBc，它的含義是交調(diào)分量比載頻分量的分貝數(shù)。6等幅信號輸入功率放大器時，輸出信號中存在各種階次的交調(diào)分量，其中三階交調(diào)分量 （2i i+1和i+12i） 和與基波信號角頻率 （i和i+1）非常接近，不可能把它

5、從信道中濾除，因此，三階交調(diào)分量就成為干擾信號。同理，五階交調(diào)分量（3i 2i+1和 3i+12i）也是干擾信號，但它比三階交調(diào)分量要小得多，在系統(tǒng)要求不嚴(yán)時可以不考慮。三階交調(diào)系數(shù)dBc lg10lg101333iiPPPPM式中，Pi和 Pi+1是分別對應(yīng)角頻率i和i+1的基波信號輸出功率；P3是三階交調(diào)頻率（2i i+1和 2i+1i）處的三階交調(diào)功率；三階交調(diào)系數(shù)是度量微波功率放大器非線性的一項重要指標(biāo)，不同的系統(tǒng)對它的要求是不一樣的。7(1) P1dB點三階交調(diào)系數(shù)M3(1dB)P1dB和M3(1dB)是度量微波功率放大器非線性的兩個不同指標(biāo)，它們之間有一定聯(lián)系。假定微波功率放大器是

6、一個無慣性非線性網(wǎng)絡(luò)，且在P1dB點的幅度非線性很小，在上述兩個假設(shè)條件下，兩個角頻率為1和2的等幅信號輸入時，P1dB點的三階交調(diào)系數(shù)近似為由于理論分析中的假設(shè)，實際測量的誤差以及微波晶體管實際非線性特性優(yōu)劣程度的不一致，在工程估算時，常取M3(1dB)為20dBc。這里還得注意，上式僅適用雙信號等幅情況，如果三信號等幅輸入時，上式就不適用了。3 1dB23.75dBcM 8(2) 任意輸入功率的三階交調(diào)系數(shù)M3圖7-1是雙頻等幅信號輸入時基波信號輸出功率和三階交調(diào)功率對應(yīng)基波信號輸入功率的變化特性。由圖看出，基波信號輸出功率與輸入功率是1:1（dB數(shù)）變化關(guān)系，即輸入功率增加1dB時，輸出

7、信號也增加1dB。三階交調(diào)產(chǎn)物與基波信號輸入功率是3:1（dB）變化關(guān)系，即基波信號輸入功率增加1dB，使三階交調(diào)系數(shù)M3惡化2dB。根據(jù)上述變化特性，任意輸入功率Pin時的三階交調(diào)系數(shù)M3可由下式估算式中 Pin基波信號（1或2）輸入功率； Pin(1dB)基波信號1dB增益壓縮點輸入功率。注意上式中各變量都是以dB為運算單位。圖7-1中基波信號輸出功率特性延長線與三階交調(diào)特性延長線的交點稱為三階交調(diào)交截點。313 12inindBdBMPPMdBc9(3) 三階交調(diào)交截點圖7-1中基波信號輸出功率特性延長線與三階交調(diào)特性延長線的交點稱為三階交調(diào)交截點，用符號IP3表示，對應(yīng)的輸出功率是P1

8、，它也反映了微波功率放大器的非線性，當(dāng)輸出功率一定時，三階交調(diào)交截點輸出功率P1越大，微波功率放大器的線性就越好。由P1也可以估計三階交調(diào)系數(shù)式中，Pout是基波信號輸出功率。所有變量都是以dB為運算單位，它只適用信號功率較小的情況。三階交調(diào)交截點比1dB壓縮點大10dB，它是放大器在A類工作時的一個假想點。312dBcoutMPP10(4) 不等信號的三階交調(diào)系數(shù) M3NE不等信號的三階交調(diào)系數(shù)可以從等信號的三階交調(diào)系數(shù)得到，兩者有如下關(guān)系dBAAMMnpAAAApnpn233 （dBc）式中 An和 Ap基波信號（n或p）幅度； pnAAM3兩個相等的基波輸入信號經(jīng)功率放大器后產(chǎn)生的三階交

9、調(diào)系數(shù)，即前面各公式中用符號 M3表示的交調(diào)系數(shù)； pnAAM3兩個不等的基波輸入信號經(jīng)功率放大器后產(chǎn)生的三階交調(diào)系數(shù)，即前面各公式中用符號 M3NE表示的交調(diào)系數(shù)；第二項小括號內(nèi)的 Ap/An是取功率比值的 dB 數(shù)。上式可改寫為dBAAMMnpNE233 （dBc）11(1) 二階交調(diào)系數(shù)兩個角頻率為1和2的等幅基波信號同時輸入微波功率放大器時，非線性引起的二階交調(diào)（21）失真比二次諧波（21和22）失真嚴(yán)重，大了6dB，它也比三階交調(diào)失真嚴(yán)重。由于二介交調(diào)是二階非線性引起的失真，從電路結(jié)構(gòu)的角度分析，可以用平衡電路減小這種失真。此外，在窄帶系統(tǒng)中，二階交調(diào)分量偏離基波信號頻率較遠(yuǎn)，可以采

10、用濾波技術(shù)減小它對系統(tǒng)的影響，故設(shè)計窄帶功率放大器時并不考慮這一項技術(shù)指標(biāo)。而在多信號寬帶傳輸系統(tǒng)（如電纜電視系統(tǒng)）中，二階交調(diào)產(chǎn)物是落在信號通道內(nèi)，此時，無法用濾波器去減小它對系統(tǒng)的影響，因此，設(shè)計寬帶功放時必須考察這一項技術(shù)指標(biāo)。二階交調(diào)系數(shù)式中 P2頻率為21的二階交調(diào)功率； P1和P2對應(yīng)角頻率1和2的信號輸出功率。因此，在多信號寬帶傳輸系統(tǒng)中，二階交調(diào)系數(shù)也是功率放大器非線性的一項重要指標(biāo)，它的大小取決于電路結(jié)構(gòu)及其工作狀況。2221210lg10lg dBcPPMPP122 、二階交調(diào)交截點同三階交調(diào)交截點一樣，二階交調(diào)交截點是二階交調(diào)特性延長線與基波信號輸出功率特性延長線的交點。

11、用符號IP2表示。二階交調(diào)產(chǎn)物與基波信號輸入功率呈2:1(dB)變化關(guān)系，即基波信號輸入功率增加1dB，使二階交調(diào)系數(shù)惡化1dB。圖7-2 二階交調(diào)交截點13具有三個不同角頻率1、2和3的信號同時輸入到功率放大器時，其中1和2非常接近，而3離開1和2比較遠(yuǎn)，這時在功率放大器輸出端出現(xiàn)3(21)失真分量。通常把這種失真歸結(jié)為三階失真這一類。為了把它與三階失真 221和 212區(qū)分開，也把這種失真稱為三拍失真。（1）多信號情況如果有 m 個輸入信號存在，功率放大器輸出將含有!3! 3!434mmm個三拍頻率，即存在34m個三拍失真頻率。三拍失真的大小可以用三拍失真系數(shù)表示，即nqpnqpnPPMl

12、g10 （dBc）式中qpnP是功率放大器在三拍失真角頻率n + pq處的輸出功率；nP是功率放大器在基波角頻率n處的輸出功率。14（2）等信號三拍失真系數(shù)如果輸入到功率放大器的基波信號角頻率也是n和p，幅度正好相等，且等于三信號中（n、p和q）每個信號輸入到功率放大器的信號幅度，則三拍失真系數(shù)比三階交調(diào)系數(shù)惡化了 6dB，即dB63pnqpnAAMM （dBc）式中，pnAAM3是等信號三階交調(diào)系數(shù)。從上式可以看出，三拍信號功率增加1dB 時，三拍失真系數(shù)將惡化 2dB。（3）不等信號三拍失真系數(shù)如果輸入到功率放大器的基波角頻率是n和p，幅度不相等，即 AnAp。三信號中 （n、 p和q）

13、輸入到功率放大器的信號幅度滿足條件 AnAp和 ApAq，則不等信號三拍失真系數(shù)為dB2dB63npNEAAMMqpn （dBc）式中，第三項小括號內(nèi)的 Ap/An是取功率的 dB 數(shù)；M3NE表示不等信號的三階交調(diào)系數(shù)。15在微波功率放大器中，由于非線性作用，一個信號的調(diào)制被轉(zhuǎn)換到另一個信號上的現(xiàn)象被稱為交擾調(diào)制。當(dāng)輸入信號是 ttVVVtVtVpmpmpnnincoscos1cos（7-15）上式中包含一個無調(diào)制載頻n和一個幅度調(diào)制信號p，調(diào)制頻率是m，展開上式，有 tVtVtVtVtVppmpmmpmnnincoscos2cos2cos（7-16）由上式看出，一個調(diào)制信號和一個非調(diào)制信號

14、可以被看成四個獨立的信號，寫成 tVtVtVtVtVrrqqppnnincoscoscoscos（7-17）其中，mrqVVV21；mpq，mpr。在輸出信號中，交擾調(diào)制失真出現(xiàn)在n+m和nm處，由于rpnpqnmn（7-18）rpnpqnmn（7-19）這就可以把交擾調(diào)制邊帶看成是四個信號（n、p、q和r）引起的三拍失真分量16rpnpqnmn（7-18）rpnpqnmn（7-19）從式（7-18）和（7-19）可以看出，它包含下述兩種情況。1一個干擾信號的情況交擾調(diào)制是系統(tǒng)不需要的信號，因此把調(diào)幅信號看成是干擾信號。下面先討論存在一個干擾信號的情況。交擾調(diào)制的大小可以用交擾調(diào)制系數(shù) Mc表

15、示，Mc可以用兩個非調(diào)制信號，即幅度為 Ap和 An的三階交調(diào)系數(shù)來計算npAAcAAdBMdBMMpnpqnlg2063（dBc）（7-20）式中pnAAM3兩個等幅基波信號（n和p）輸入到功率放大器后產(chǎn)生的三階交調(diào)系數(shù)；M調(diào)幅信號的調(diào)制度，以 dB 計算；Ap和 An調(diào)幅信號和非調(diào)幅信號的幅度，Ap = Vp，An = Vn。如果調(diào)幅信號的幅度等于非調(diào)幅信號的幅度 Ap = An，則交擾調(diào)制系數(shù))(63dBMdBMMpnpnpqnAAAAc（7-21）172m 個干擾信號的情況如果交擾調(diào)制失真是由 m 個干擾信號造成的，它們具有相同的幅度，且同步調(diào)幅，則 m 個干擾信號造成的交擾調(diào)制失真系

16、數(shù)是mMMpnpAAcmAclg20, （dBc）式中pnAAcM就是式（7-21）中的pnpqnAAcM；m 是干擾信號的數(shù)目。181調(diào)幅調(diào)相效應(yīng)分析大信號通過微波功率放大器時，輸出信號會產(chǎn)生相移，相移大小隨輸入信號功率的大小而變化，這種現(xiàn)象稱之為調(diào)幅調(diào)相效應(yīng)。微波功率放大器可以看成是一個三階非線性系統(tǒng)，它的載波輸出信號同時含有一階及三階成分 （7-23）式中s基波信號的角頻率；k1和k3非線性系統(tǒng)的一階和三階系數(shù)；A基波輸入信號幅度。如果電路中包含容性非線性元件，則一階和三階系數(shù)之間就有相位差（既不是0，也不是180）。由式（7-23）看出，載波輸出信號的相位與輸入信號幅度有關(guān)。顯然，調(diào)幅

17、調(diào)相效應(yīng)是增益壓縮直接表現(xiàn)的結(jié)果，增益壓縮得越厲害，調(diào)幅調(diào)相效應(yīng)就越強(qiáng)，電路進(jìn)入飽和狀態(tài)后，調(diào)幅調(diào)相效應(yīng)將非常嚴(yán)重。在通信系統(tǒng)及圖象傳輸系統(tǒng)中，調(diào)幅調(diào)相效應(yīng)的存在，會使群時延失真，微分相位、微分增益和交調(diào)失真變壞。因此希望盡可能減小功率放大嚦嚦的調(diào)幅調(diào)相效應(yīng)。3133cos4sk Ak At192、調(diào)幅調(diào)相轉(zhuǎn)換系數(shù) Kp為了衡量相位失真的大小，引入調(diào)幅調(diào)相轉(zhuǎn)換系數(shù)dBPddkinp/lg10180式中 Pin輸入信號功率（mW） ；對應(yīng)輸入功率 Pin的輸出信號的相移。3雜波分析輸入信號是調(diào)幅信號時，由于功率放大器存在調(diào)幅調(diào)相效應(yīng)，輸出的是一個調(diào)相信號。輸出信號含有許多旁頻，乃是系統(tǒng)的雜波，這

18、些雜波功率總和為 P雜，基波功率 Pc，則調(diào)相信號的 P雜/Pc值可按下式計算dBc dB2 .47lg20調(diào)相雜cPP式中，是輸出信號的調(diào)相范圍?？梢钥闯?，調(diào)幅調(diào)相效應(yīng)使系統(tǒng)存在雜波干擾，降低了系統(tǒng)中微波功率放大器的效率。204、交調(diào)噪聲在單載波工作時，由于采用恒定包絡(luò)的調(diào)制方式（如FM制），調(diào)幅調(diào)相效應(yīng)的影響可以忽略不計。但在多載波工作時，由于每個載波頻率不等，合成后一定會出現(xiàn)包絡(luò)起伏，這種起伏經(jīng)過調(diào)幅調(diào)相轉(zhuǎn)換成非線性效應(yīng)，也會產(chǎn)生三階交調(diào)失真及三拍失真。該分量與基波的比是（2f1 f2）項：（f1 + f2 f3）項：式中n載波數(shù)；Kp調(diào)幅調(diào)相轉(zhuǎn)換系數(shù)。隨著載波數(shù)n的增加，所有三階交調(diào)失

19、真及三拍失真都將減小。0.15162pKn0.1516pKn21當(dāng)信號增加到一定程度，功率放大器因工作在非線性區(qū)而產(chǎn)生一系列諧波。對于窄帶功率放大器，這些諧波都不在通帶內(nèi)，用濾波器很容易濾掉這些諧波。通常可以使諧波降到 60dBc 以下（相對基波信號） ，因此這些諧波不會使系統(tǒng)性能變壞。對于寬帶功率放大器，這些諧波正好在信號通帶內(nèi)，用濾波器就不能濾掉這些諧波。當(dāng)然，只要直流工答點選得合適，電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選得合理，也可以適當(dāng)減小諧波成分，但減小是有限的。諧波失真大小由下式計算snnPPHDlg10 （dBc）式中 HDnn 次諧波失真；Ps基波信號輸出功率；Pnn 次諧波輸出功率?；谏鲜龇治觯?/p>

20、帶功率放大器的諧波失真指標(biāo)可以好到60dBc；而寬帶功率放大器的諧波失真指標(biāo)都很差，大約在20dBc 左右，有的可能還要差。通常在設(shè)計小功率放大器（幾十毫瓦至幾百毫瓦）時，可以不考慮諧波失真這項技術(shù)指標(biāo)，但是在大功率放大器中必須考慮，并應(yīng)盡量避免它對其他電子系統(tǒng)的干擾。在接收和發(fā)射單元相互靠近的小型化電子系統(tǒng)中，諧波失真也必須考慮。22大功率管的輸入阻抗和輸出阻抗都很低，BJT的輸入阻抗實部只有幾個歐姆，與50系統(tǒng)失配得比較厲害。而MESFET的輸入阻抗較高，與50系統(tǒng)失配得也很大，失配嚴(yán)重時，會損壞功率管。輸入、輸出駐波比變壞還會使系統(tǒng)的增益起伏和群遲延變壞，因此功率放大器的輸入、輸出駐波比

21、應(yīng)該滿足一定要求。在大容量數(shù)字通信系統(tǒng)中，功率放大器的輸入、輸出駐波比取1.2:1，而在一般系統(tǒng)中，功率放大器的輸入、輸出駐波比可以取到2:1。它也是設(shè)計微波功率放大器時必須考慮的一項技術(shù)指標(biāo)。231增益平坦度增益平坦度是一項普通指標(biāo)，它說明功率放大器增益在一定頻率范圍內(nèi)的變化大小。增益平坦度應(yīng)該是在50負(fù)載情況下定義，而組成實際系統(tǒng)的部件存在不同程度的反射。因此，實際系統(tǒng)并不是理想50系統(tǒng)，故實際系統(tǒng)的增益平坦度比各個部件測出的增益平坦度要大。例如在平衡放大器中，信號端和負(fù)載端接得不是理想50時，增益平坦度會變壞，最壞情況是其中式中G總增益起伏量；GS(或L)信號端（或負(fù)載端）增益起伏量；(

22、VSWR)A放大器駐波比；(VSWR)S(或L)信源端（或負(fù)載端）駐波比。在一些要求十分苛刻的系統(tǒng)中，必須采用CAD技術(shù)，精確計算功率放大器帶內(nèi)的增益起伏，計算值應(yīng)盡可能小，其最小值取決計算機(jī)運算精度。同時，盡可能減小輸入、輸出駐波比對增益起伏的影響。SLGGG 22110lg 110lg 11ASLASLSLASLASLVSWRVSWRVSWRVSWRGVSWRVSWRVSWRVSWR 或或或或或242、增益斜率增益斜率并不是對所有系統(tǒng)都提出要求，而僅僅是數(shù)字通信系統(tǒng)中的一項重要指標(biāo)。它是指功率放大器在指定的輸出功率情況下，在一路信號通帶（或一個轉(zhuǎn)發(fā)器通帶）內(nèi)增益對頻率的變化率，單位是每兆赫

23、帶寬內(nèi)的增益變化量。例如用于衛(wèi)星地面站的5W功率放大器，帶寬500MHz，增益斜率0.02dB/MHz（在任意40MHz內(nèi)、輸出功率5W時）。25仔細(xì)地設(shè)計和充分地試驗就可以把寄生雜波減到最小，但是要把所有可能引起寄生雜波的條件合在一起去同時檢驗是不可能的。例如，濾波器在工作頻帶內(nèi)匹配性能較好，同時在帶外恰好是嚴(yán)重失配，這種情況就比較復(fù)雜，也不好模擬。如果懷疑系統(tǒng)存在寄生雜波，最好先檢查功率放大器。圖7-3 諧波及寄生雜波1寄生雜波分析寄生雜波是系統(tǒng)中不需要的那些信號，是功率放大器放大過程中引起的一種信號失真，它與輸入信號不是諧波關(guān)系，如圖7-3所示。這些寄生雜波絕大部分是在高驅(qū)動電平或輸入與

24、輸出嚴(yán)重失配時出現(xiàn)的。262、無寄生雜波動態(tài)范圍無寄生雜波動態(tài)范圍是允許信號的輸入功率范圍，在這個輸入功率范圍內(nèi)，系統(tǒng)中將不存在寄生雜波。無寄生雜波動態(tài)范圍的最大功率主要取決于系統(tǒng)的增益、三階交截點和噪聲電平；而最小功率主要取決于噪聲系數(shù)和噪聲帶寬。這個范圍可以確保從放大器輸出的信號不會有任何失真。為了實現(xiàn)一個較好的無寄生雜波動態(tài)范圍，要求功率放大器噪聲盡可能小，三階交截點盡可能高。然而低噪聲器件的輸出功率較低，而高功率器件的噪聲系數(shù)較大，需要折衷考慮。3技術(shù)指標(biāo)寄生雜波是以載波參考電平，以dBc為單位。一般要求在60dBc以下。27大功率放大器的微波輻射將直接干擾系統(tǒng)的正常工作。產(chǎn)生微波輻射

25、的主要原因是功率放大器的屏蔽不好，也可能是連接用的電纜外導(dǎo)體屏蔽性能不好或者接頭安裝不好等原因而引起的泄漏。因此在設(shè)計功率放大器時要注意接頭的安裝，結(jié)構(gòu)設(shè)計要有良好的屏蔽性能，電纜應(yīng)選用屏蔽性能較好的產(chǎn)品。28微波晶體管功率放大器工作狀態(tài)與低頻晶體管功率放大器一樣，有甲類、甲乙類、乙類及丙類四種工作狀態(tài)，分類的方法也相同。不同的工作狀態(tài)適用不同的需要。匹配電路元件可以是集中參數(shù)、半集中參數(shù)及分布參數(shù)。291雙極型晶體管功率放大器BJT功率放大器按BJT不同的直流工作點劃分為甲類、乙類、甲乙類和丙類四種工作狀態(tài)，圖7-10是BJT的伏安特性曲線。圖中1號區(qū)域是發(fā)生雪崩擊穿的區(qū)域；2號區(qū)域的電流較

26、小，使信號截止；3號區(qū)域的電壓較低，使信號飽和；4號區(qū)域的工作電流已超出極限工作電流；5號區(qū)域的功耗已超出額定功耗，中間部分是線性工作區(qū)。圖7-11是BJT功率放大器四種工作狀態(tài)的偏置點。圖7-10 BJT的伏安特性 圖7-11 BJT功放四種工作狀態(tài)的偏置點30（1）甲類工作狀態(tài)如圖7-12所示，功率放大器在信號周期內(nèi)始終存在工作電流，即導(dǎo)通角為360，此時，功率放大器處于甲類工作狀態(tài)。甲類功率放大器的優(yōu)點是線性好、失真小，較好的噪聲系數(shù)，在1dB壓縮點以下具有幾乎不失真的脈沖響應(yīng)，在不同輸出電平時的通帶起伏小和在不同輸出電平時的相位和增益不變。它的缺點是效率不高、較大的熱損耗和尺寸大。甲類

27、功率放大器適用于行波管替代器，掃頻儀、綜合器、信號放大級、電視信號放大器、短脈沖放大器和干擾發(fā)射機(jī)等。31（2）乙類工作狀態(tài)功率放大器在信號周期內(nèi)只有半個周期存在工作電流，即導(dǎo)通角為180，乙類功率放大器在靜態(tài)時，BJT幾乎沒有靜態(tài)電流，即管耗接近零。為了減小失真，通常采用互補(bǔ)對稱電路，它的效率在70%以上，每個功率管的最大功耗是電路最大輸出功率的20%，通常用此關(guān)系作為乙類互補(bǔ)對稱功率放大器選擇功率管的依據(jù)。上述關(guān)系是在理想情況下計算得到的，因此在實際電路中被選管子的功耗應(yīng)大于20%。由于乙類互補(bǔ)對稱功率放大器工作在零偏置狀態(tài)。而BJT導(dǎo)通要求一定的基極電流iB，因此，當(dāng)輸入信號低于某一值時

28、，管子不通導(dǎo)，即在信號周期內(nèi)出現(xiàn)一段不工作區(qū)，使信號失真，這種現(xiàn)象稱為交越失真，如圖7-14所示。為了減小和克服交越失真，通常使晶體管具有較小的正偏置，使集電極靜態(tài)電流是最大設(shè)計值的1%10%。此時，功率放大器處于甲乙類工作狀態(tài)，如圖7-15所示，導(dǎo)通角略大于180。圖7-14 乙類功放的交越失真3215dB到30dB，交調(diào)失真特性也不夠好，在低射頻輸入時通帶的起伏較大。甲乙類功率放大器適用于電子干擾發(fā)射機(jī)、功率放大器、發(fā)射機(jī)、高功率行波管替代器和電視放大等。(3)甲乙類工作狀態(tài)甲乙類功放的優(yōu)點是輸出功率功率較大，可以高達(dá)幾千瓦，有較高的效率，尺寸緊湊，線性也比較好，失真小，工作溫度較低，因而

29、可靠性也高，用得比較廣泛。但它的不足之處是動態(tài)范圍有限，一般從33丙類功放的優(yōu)點是效率非常高，尺寸緊湊，輸出功率高，可達(dá)幾千瓦，工作溫度比乙類還要低，可靠性較高，在要求失真不嚴(yán)的系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。它的最大缺點是動態(tài)范圍非常窄，只能在0dB到6dB范圍內(nèi)變化，如果信號減小到額定電平以下，丙類功放將呈現(xiàn)急劇變化的趨勢。此外，丙類功放不能用于調(diào)幅信號的放大。丙類功率放大器適用于對流層散射通信系統(tǒng)、電子干擾機(jī)、行波管替代器、戰(zhàn)術(shù)空軍導(dǎo)航系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)。（3）丙類工作狀態(tài)如圖7-16所示，功率放大器在信號周期內(nèi)存在工作電流的時間不到半個周期，即導(dǎo)通角小于180。此時，功率放大器處于丙類工作狀態(tài)。34成

30、功地設(shè)計固態(tài)微波功率放大器的關(guān)鍵是設(shè)計阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。在任何一個微波功率放大器設(shè)計中，錯誤的阻抗匹配將使電路不穩(wěn)定，同時會使電路效率降低和非線性失真加大。在設(shè)計功率放大器匹配電路時，匹配電路應(yīng)同時滿足匹配、諧波衰減、帶寬、小駐波、線性及實際尺寸等多項要求。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)計表格幾乎是不現(xiàn)實的。設(shè)計單級功率放大器主要是設(shè)計輸入匹配電路和輸出匹配電路；設(shè)計兩級功率放大器除了要設(shè)計輸入匹配電路和輸出匹配電路外，還需要設(shè)計級間匹配電路。35（1）輸入匹配電路輸入匹配電路和輸出匹配電路主要是對一端是50，另一端是實數(shù)部分較小的復(fù)數(shù)阻

31、抗進(jìn)行匹配。當(dāng)大功率管的輸入阻抗是容性、低電阻值時，通?？梢圆捎孟率鑫宸N輸入匹配電路圖7-17 輸入匹配電路（a）電路A；（b）電路B；（c）電路C；（d）電路D；（e）電路E。當(dāng)大功率管的等效輸入阻抗呈感性，它的實部比較小時，可以采用并聯(lián)電容的輸入匹配電路，把等效輸入阻抗中的電感分量諧振掉，這種輸入匹配電路應(yīng)該是低通匹配網(wǎng)絡(luò)，能匹配較低的阻抗。通常，輸入匹配電路的諧振電容可以用微帶短截線實現(xiàn)。當(dāng)放大器的工作頻率及功率管選定后，諧振實阻抗值可能小于50，也可能是很大的數(shù)值。當(dāng)諧振實阻抗低于50時，低通匹配電路很容易使它與50阻抗匹配。36（1）輸入匹配電路如果采用微帶匹配網(wǎng)絡(luò)時，諧振實阻抗不能

32、太高，原因是用低通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)把高阻抗降到50時要用到串聯(lián)高阻抗傳輸線。該傳輸線的特性阻抗至少高于諧振實阻抗，達(dá)一倍以上，這就使串聯(lián)高阻抗傳輸線非常窄，加大了匹配網(wǎng)絡(luò)的損耗，加大了工藝難度，有時甚至無法實現(xiàn)。在尺寸允許時，可以采用四分之一波長阻抗變換網(wǎng)絡(luò)。輸出匹配電路確定后，功率放大器的輸出功率及效率也基本確定了，但是它的增益平坦度并不一定滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。這時，需要合理設(shè)計輸入匹配電路以便使增益平坦度滿足要求。設(shè)計輸入匹配電路時，還應(yīng)考慮輸入駐波比不能太大，在設(shè)計頻帶要求較寬時，這個問題顯得特別突出，頻帶越寬設(shè)計難度越大。為了改善輸入駐波比性能，可以采用鐵氧體隔離器，也可以采用平衡放大器技術(shù)。

33、37（2）輸出匹配電路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，同時還存在各項諧波，諧波幅度大小與基波信號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，它們對系統(tǒng)的影響是不可忽略的。為了減小諧波功率輸出，通常輸出匹配電路采用低通結(jié)構(gòu)或帶通結(jié)構(gòu)。在采用帶通結(jié)構(gòu)時，應(yīng)消除寄生通帶的影響。當(dāng)要求諧波輸出非常小，單靠上述匹配電路是不能滿足對諧波的抑制，還需要加帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)。改善駐波比。功率放大器匹配電路設(shè)計不完善會使功率放大器輸出駐波比較大

34、，因此會加大帶內(nèi)增益起伏，產(chǎn)生寄生信號，嚴(yán)重時會產(chǎn)生自激振蕩和燒毀功率管。因此，在設(shè)計輸出匹配電路時必須使駐波比較小。38（2）輸出匹配電路低損耗。在大功率放大器中，由于輸出功率較大，輸出電路有一點損耗就會有較大功率損失，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)計大功率放大器時，應(yīng)該盡可能減小輸出匹配電路的損耗。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)計輸出匹配電路時，必須考慮線性指標(biāo)的要求。

35、負(fù)載選擇應(yīng)確保線性最好。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。39級間匹配電路除了與輸入匹配電路一起實現(xiàn)平坦增益特性外，還應(yīng)具備級間隔直流功能。有關(guān)隔直流電路的設(shè)計內(nèi)容可以參考第六講低噪聲放大器有關(guān)內(nèi)容。兩級功率放大器的三階交調(diào)系數(shù)不僅取決于末級功率放大器，同時還取決于末前級功率放大器。40在設(shè)計功率放大器時，為了實現(xiàn)增益平坦、電路穩(wěn)定及輸出功率等指標(biāo)，功率放大器不可能完全匹配。為了改善功率放大器的匹配性能，通常采用平衡功率放大器。平衡功率放大器有

36、許多優(yōu)點：（1）在設(shè)計單端功率放大器時，為了滿足平坦增益及穩(wěn)定性要求，失配往往很厲害；而在設(shè)計平衡功率放大器時，只要保證配對的功率晶體管性能一致，則合成網(wǎng)絡(luò)可以改善由于單端功率放大器引起的失配。因此，平衡功率放大器在實現(xiàn)平坦功率增益和穩(wěn)定性的同時，又有較好的匹配性能，通?？蓪崿F(xiàn)1個倍頻程帶寬，做得好時帶寬接近2個倍頻程。（2）級間很易隔離，因此級間的調(diào)整工作量比較小。（3）由于匹配性能好，反射小，因此電路工作穩(wěn)定。（4）當(dāng)電路中某一個晶體管損壞時，僅僅使功率放大器總增益下降6dB，對有些系統(tǒng)，這種增益下跌還不會使系統(tǒng)受到致命打擊。（5）在線性功率放大器設(shè)計時，通常采用平衡功率放大器來改善線性指

37、標(biāo)。（6）在實現(xiàn)多級功率放大器時，平衡功率放大器的調(diào)整比不平衡功率放大器要少得多。圖7-18 平衡功率放大器41圖7-18是平衡功率放大器，它由3dB90移相分配、合成網(wǎng)絡(luò)可以采用交叉指定向耦合器結(jié)構(gòu)，也可以采用Wilkinson功率分配、合成網(wǎng)絡(luò)并附加一段90移相傳輸線。3dB90移相網(wǎng)絡(luò)起到了改善功率放大器（含移相器）的輸入端口和輸出端口的匹配情況。平衡功率放大器的性能優(yōu)劣直接取決于兩個放大器的一致程度，放大器的駐波比，分配、合成網(wǎng)絡(luò)3dB90移相的準(zhǔn)確程度，損耗及散熱。圖7-18 平衡功率放大器421管芯合成管芯合成是把多個管芯聚集在長度比波長小的區(qū)域上，然后加上輸入匹配電路和輸出匹配電

38、路，就可以獲得較大的輸出功率。2電路合成電路合成技術(shù)是通過功率合成器把兩個或多個場效應(yīng)管功率放大器組合在一起，給出較大的輸出功率。它的優(yōu)點是各功率單元間的相互影響較小，調(diào)整方便，匹配性能良好；缺點是電路尺寸較大。圖7-19 n路功率合成放大器在要求大功率輸出時，往往采用功率合成技術(shù)實現(xiàn)大功率輸出。功率合成有管芯合成、空間合成和電路合成三種。這里不討論空間合成技術(shù)。43（1）二路合成功率合成網(wǎng)絡(luò)（或分配網(wǎng)絡(luò)）中的常用電路元件是三口合成器（或分配器），亦是三口互易網(wǎng)絡(luò)。它把兩個隔離端口的功率進(jìn)行合成，或把功率分配到兩個隔離端口，常用的有微帶線交叉指耦合器和Wilkinson分路器，如圖7-20所示

39、。向微帶線交叉指耦合器的1號端口輸入信號時，功率只向端口3和端口4傳輸，而不向端口2傳輸；1、2端口互相隔離，3、4端口也互相隔離。向Wilkinson分路器的1號端口輸入信號時，功率向端口2圖7-20 二路合成網(wǎng)絡(luò)（a）微帶線交叉指耦合器；（b）Wilkinson分路器和端口3傳輸，端口2和端口3互相隔離，隔離性能的好壞和隔離電阻的阻值及安裝的對稱性密切相關(guān)。當(dāng)端口阻抗Zc取50時，則隔離電阻R為100。由于微帶線交叉指耦合器的尺寸小，帶寬較寬，可達(dá)到倍頻程以上，因此在功率合成技術(shù)中常把它作為二路合成元件。（2）n路合成器可以采用二路合成器組合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，也可以用n路合成器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。44實際系

40、統(tǒng)中的功率放大器都是由多級放大器級聯(lián)而成。設(shè)計級聯(lián)功率放大器除了需要設(shè)計單級功率放大器外，還要考慮各級器件的選擇及各級技術(shù)指標(biāo)的分配。45圖7-26是單級功率放大器，它由輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、功率器件和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)三部分組成。兩個端口分別接信號源與負(fù)載，信號源內(nèi)阻與負(fù)載都是50；ZS是是由晶體管向輸入匹配網(wǎng)絡(luò)看的阻抗，稱為放大器的源阻抗，ZL是由晶體管向輸出匹配網(wǎng)絡(luò)看的阻抗，稱為放大器的負(fù)載阻抗。在功率放大器設(shè)計中，大功率放大器和線性功率放大器的設(shè)計目標(biāo)是不同的，所要求的ZS和ZL也是不同的，可以通過設(shè)計輸入匹配網(wǎng)絡(luò)和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)來得到所要求的ZS和ZL。46圖7-27是小功率管FSX-51小信號設(shè)計

41、與大信號設(shè)計的功率放大器P1dB輸出功率頻率響應(yīng)實測值。大信號S參數(shù)是由大信號等效電路模型得到的。可以看出，用大信號S參數(shù)設(shè)計的功率放大器可以得到最大P1dB輸出功率，且頻率響應(yīng)起伏也??；而用小信號S參數(shù)設(shè)計時，并不能得到最大P1dB，且P1dB的頻率響應(yīng)起伏也大。（1）最大P1dB設(shè)計在甲類和準(zhǔn)甲類功率放大器設(shè)計中，關(guān)心的是1dB增益壓縮點功率P1dB。通常采用測量方法或CAD技術(shù)得到P1dB點的大信號S參數(shù)或功率負(fù)載特性，然后用它設(shè)計功率放大器，得到最大P1dB功率輸出。47（2）線性功率放大器設(shè)計功率晶體管的輸出功率和三階交調(diào)系數(shù)是與負(fù)載有關(guān)的。在設(shè)計最大P1dB功率放大器時，單靠一組等

42、功率圓就可以了，而在設(shè)計線性功率放大器時，單靠一組等三階交調(diào)系數(shù)曲線是不夠的。從圖7-28中可以看出，等三階交調(diào)系數(shù)曲線與等功率曲線相互交叉，某一個三階交調(diào)系數(shù)可以對應(yīng)各種輸出功率。這兩曲線相切的切點是最圖7-28 等輸出功率與等三階交調(diào)系數(shù)特性佳負(fù)載點，該點給出的功率和三階交調(diào)系數(shù)最佳，把所有最佳負(fù)載點聯(lián)接在一起，構(gòu)成一條最佳負(fù)載線，每一個頻率對應(yīng)一條最佳負(fù)載線。在設(shè)計線性功率放大器時，首先要測出或計算出功率管的最佳負(fù)載線，根據(jù)給定指標(biāo)（輸出功率、頻帶和三階交調(diào)系數(shù)）找出最佳負(fù)載ZL()和最佳源阻抗ZS()，根據(jù)ZL()和ZS()設(shè)計輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。48（3）乙類和丙類功率放大器

43、設(shè)計在乙類和丙類功率放大器設(shè)計中，可以用大信號S參數(shù)來設(shè)計乙類和丙類功率放大器，也可以用功率負(fù)載特性來設(shè)計乙類和丙類功率放大器，后一種方法用得更普遍。圖7-29是工作頻率為1.21.4GHz的丙類共基極脈沖功率放大器的電路版圖。圖中1隔直流電容，電容值是100pF，2集電極電壓對地旁路電容，電容值是0.1F，3獲取最大輸出功率位置，接120pF陶瓷片電容，4直流濾波器電容，耐壓50V，電容值是50F電解電容，5線繞電感（鐵氧體芯），6射頻輸入接頭，7射頻輸出接頭。圖7-29 丙類功率放大器電路版圖49在設(shè)計級聯(lián)功率放大器時，應(yīng)考慮噪聲、效率、線性和穩(wěn)定性。（1）噪聲在設(shè)計高增益級聯(lián)功率放大器時

44、，為了減小噪聲，第一級往往選用低噪聲晶體管。末級功率放大器的偏置電源不應(yīng)有微弱寄生振蕩，紋波不能太大，否則會加大載波附近的相位噪聲。（2）效率在設(shè)計高增益級聯(lián)功率放大器時，為了提高效率，應(yīng)選用高增益晶體管，盡可能減少晶體管數(shù)量。50縱坐標(biāo)是前級非線性對下一級的三階交調(diào)M3。舉例說明：若第一節(jié)功率放大器的三階交調(diào)系數(shù)為22dBc，第二級功率放大器的三階交調(diào)系數(shù)為20dBc，則相鄰兩級功率放大器的三階交調(diào)系數(shù)差值為2dB，由圖7-30曲線查得第一級功率放大器對第二級功率放大器三階交調(diào)的貢獻(xiàn)是2.12dB。這時，二級功率放大器的三階交調(diào)系數(shù)不是20dBc，而是退化到17.88dBc，變壞了2.12d

45、B。由此看出，合理的設(shè)計應(yīng)盡可能加大相鄰兩級功率放大器的三階交調(diào)系數(shù)差值，差值等于15dB時，一階交調(diào)僅惡化0.14dB，這個值對線性影響是不大的。圖7-30 兩級功率放大器的三階交調(diào)分析（3）線性在設(shè)計高增益級聯(lián)功率放大器時，為了保證線性指標(biāo)，即給定輸出功率所對應(yīng)的三階交調(diào)，需要合理設(shè)計末級功率放大器，同時還需要合理設(shè)計前面幾級功率放大器。根據(jù)分析，末級功率放大器的三階交調(diào)系數(shù)與末前級功率放大器的三階交調(diào)系數(shù)差得越小，則末前級非線性對級聯(lián)功放三階交調(diào)的貢獻(xiàn)越大，如圖7-30所示，橫坐標(biāo)是相鄰兩級功率放大器的三階交調(diào)系數(shù)差值，51（4）穩(wěn)定性在設(shè)計高增益級聯(lián)功率放大器時，由于輸入信號與輸出信號

46、幅度相差很大，輸出信號只要有一點泄漏到輸入端，放大器就很容易自激。為了消除自激，各級偏置電源間應(yīng)采用去耦電路，輸入、輸出接頭應(yīng)該有較好電磁屏蔽，各級功率放大器也應(yīng)有較好電磁屏蔽，從而使輸入與輸出間有較好的隔離。52以衛(wèi)星通信地面站用的行波管替代器（是一種高增益線性級功率放大器）為例，從三階交調(diào)系數(shù)指標(biāo)角度來說明高增益線性級聯(lián)功率放大器的設(shè)計方法。行波管替代器的主要技術(shù)指標(biāo)如下：工作頻率59256425MHz； 工作帶寬500MHz；增益56dB（額定輸出功率）； 輸出功率P1dB30dBm；三階交調(diào)在單載波輸出功率27dBm時小于等于30dBc。圖7-31 6GHz行波管替代器組成框圖及三階交

47、調(diào)系數(shù)分析M：一每級放大器的三階交調(diào)系數(shù)，單位是dBc；M3一每級放大器對下一級放大器的三階交調(diào)系數(shù)貢獻(xiàn)，單位是dBc；M3一每級放大器考慮到前級放大器影響后的三階交調(diào)系數(shù)，單位是dBc。53圖7-31給出1GHz行波管替代器組成框圖，并給出每級放大器的增益、P1dB功率電平、三階交調(diào)系數(shù)和級聯(lián)放大器的三階交調(diào)系數(shù)等參數(shù)。圖中著重分析級聯(lián)放大器的三階交調(diào)系數(shù)，當(dāng)知道每級放大器的P1dB和輸出端口的功率電平，就可以估算出相應(yīng)的三階交調(diào)系數(shù)。由理論分析知道，功率放大器P1dB輸出功率處的三階交調(diào)系數(shù)是23.75dBc，在工程設(shè)計時，考慮到實際功率器件的非線性性能的優(yōu)劣程度是不一樣的，通常取P1dB

48、輸出功率處的三階交調(diào)系數(shù)為20dBc。圖7-31表明，如果不考慮各級功率處的三階交調(diào)系數(shù)的貢獻(xiàn)，而只考慮末級功率放大器的三階交調(diào)系數(shù)時，6GHz行波管替代器的三階交調(diào)系數(shù)是31dBc，滿足30dBc指標(biāo)要求；當(dāng)考慮到各級放大器對三階系數(shù)的貢獻(xiàn)時，此級聯(lián)放大器的三階交調(diào)系數(shù)只有26.9dBc，不滿足30dBc指標(biāo)要求。為了達(dá)到設(shè)計指標(biāo)要求，需要采用增益和P1dB更高的管子。54由于溫度變化、器件衰老和功放電路的不穩(wěn)定，功率放大器線性增益會產(chǎn)生較大波動。當(dāng)溫度從40上升到+50時，功率放大器的線性增益將下降好幾個分貝。功率放大器線性增益的波動會使輸出信號有較大起伏。通常可以采用自動電平控制（ALC

49、）電路使功率放大器的輸出信號保持穩(wěn)定。ALC電路是由幅度可變電路、定向耦合器、檢波器和直流放大器組成，如圖7-32所示。當(dāng)放大器線性增益變大時，使輸出功率變大，通過它向耦合器和檢波器把一部分輸出能量變成直流信號，直流放大器把直流信號放大，由該直流信號控制雙柵場效應(yīng)管放大器，降低雙柵場效應(yīng)管放大器增益，使輸出功率穩(wěn)定。幅度可變電路也可以由PIN管構(gòu)成，由于它是衰減器，采用這種ALC電路將會使功率放大器增益減小。另外，PIN管衰減量與偏置是非線性關(guān)系，因此它對驅(qū)動電路要求較高，比雙柵場效應(yīng)管電路復(fù)雜。圖7-32 功率放大器的ALC電路55功率放大器的非線性將使信號幅度和相位畸變，在數(shù)字通信系統(tǒng)中，

50、它將引起碼間干擾，并使輸出端的頻譜展寬，從而對相鄰信道產(chǎn)生很強(qiáng)干擾。為了提高通信質(zhì)量必須改善功放的非線性。功率放大器的線性化技術(shù)有功率倒退法、負(fù)反饋法、負(fù)前饋法和預(yù)失真法。1功率倒退法功率放大器輸入功率減小1dB時，三階交調(diào)系數(shù)改善2dB，用減小輸出功率的方法改善功放的線性，稱為功率倒退法。它是改善功放線性的一種常用的有效方法，其優(yōu)點是簡單，易實現(xiàn)；缺點是降低了功率放大器的功率附加效率，且不能充分利用晶體管功率容量，增大了放大器成本。562負(fù)反饋法負(fù)反饋法是利用放大器輸出的非線性失真信號抵消放大器自身的一部分非線性。圖7-33是負(fù)反饋法原理圖，PA是功率放大器，B是反饋網(wǎng)絡(luò)。在1端輸入雙音信號

51、，2端輸出有三階交調(diào)分量，該輸出信號通過耦合器使一部分信號進(jìn)入反饋網(wǎng)絡(luò)B，通過反饋網(wǎng)絡(luò)使信號倒相，再經(jīng)過耦合器輸入功率放大器；最后，在功率放大器輸出端口的信號比沒有反饋網(wǎng)絡(luò)時要小，三階交調(diào)分量也得以減少。圖7-34是功率放大器沒有反饋網(wǎng)絡(luò)和有反饋網(wǎng)絡(luò)的輸入、輸出信號頻譜。該方法的難點是要求反饋網(wǎng)絡(luò)在很寬頻帶內(nèi)能保證反饋信號與功率放大器的輸入信號反相。圖7-33 負(fù)反饋法原理圖 圖7-34 負(fù)反饋功率放大器信號頻譜57圖7-36是預(yù)失真法原理圖。非線性發(fā)生器NG產(chǎn)生一個非線性失真信號，并輸入功率放大器PA，抵消功率放大器產(chǎn)生的非線性失真。信號的預(yù)失真可以在微波波段實現(xiàn)，也可以在中頻頻段實現(xiàn)，后者

52、可以將上變頻器和功率放大器的非線性失真信號一起抵消掉。圖7-35 負(fù)前饋法原理圖圖7-36 預(yù)失真法原理圖3負(fù)前饋法圖7-35是負(fù)前饋法原理圖。輸入信號同時輸入到功率放大器PA和非線性發(fā)生器NG，兩路非線性失真信號在輸出端恰好抵消；與此同時，基波信號也將損失一部分。圖中的4個小圖表示各點的頻譜分量。同負(fù)反饋法一樣，難點是要求功率放大器和非線性發(fā)生器的非線性失真信號在較寬頻帶內(nèi)能互相抵消。4預(yù)失真法58微波功率放大器的設(shè)計包括微波電路設(shè)計及直流供電電路設(shè)計。直流供電電路設(shè)計的原則首先應(yīng)保證功率放大器工作在所需要的工作狀態(tài)，其次應(yīng)考慮頻率響應(yīng)、穩(wěn)定性、損耗、功率容量和二次擊穿。591頻率響應(yīng)功率放

53、大器中常用的偏置電路有集中參數(shù)和分布參數(shù)兩種形式，如圖7-40所示。其中圖（a）是微波場效應(yīng)管功率放大器集中參數(shù)偏置電路；圖（b）是微波雙極型晶體管功率放大器集中參數(shù)偏置電路；圖（c）是微波場效應(yīng)管功率放大器分布參數(shù)偏置電路。集中參數(shù)偏置電路主要用于微波頻率的低端，分布參數(shù)偏置電路主要用于微波頻率的高端。在設(shè)計窄帶或點頻功率放大器時，偏置電路對電路性能影響非常小，幾乎可以不考慮。在設(shè)計寬帶功率放大器時，或工作頻率較高時，偏置電路對電路性能影響比較大，這時，應(yīng)把偏置電路作為匹配電路的一部分加以考慮。圖7-40 微波功率放大器偏置電路（a）MES FET功放集中參數(shù)偏置電路；（b）BJT功放集中參數(shù)偏置電路；（c）MES FET功放分布參數(shù)偏置電路。602穩(wěn)定性在微波功率放大器設(shè)計時，經(jīng)常會遇到通帶外有自激，這種自激使功率放大器不穩(wěn)定。采用窄帶分布參數(shù)偏置電路可以有效地抑制微波功率放大器的帶外自激。3損耗在圖7-40中，偏置電路中包