射頻放大器學(xué)習(xí)

射頻發(fā)射機(jī)組成在射頻前端電路中主要有：混頻器，調(diào)制器，振蕩器和功率放大器。射頻功率放大器是無線發(fā)射機(jī)中的核心模塊之一，要求輸出大功率給外部負(fù)載。功率放大器通常是無線收發(fā)機(jī)中功耗最大的模塊，為了降低功耗，延長電池壽命，要求它具有較高的效率。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，信道容量急劇增加，許多無線通信系統(tǒng)都采用了幅度/相位組合調(diào)制技術(shù)，功率放大器在輸出大功率時(shí)要防止發(fā)生幅度失真，這就對(duì)功率放大器的線性度提出了很高的要求。功率放大器的分類

功率發(fā)大器傳統(tǒng)功放開關(guān)模式功放A類B類AB類D類E類F類各種工作狀態(tài)的效率和線性性功放工作狀態(tài)效率線性度A類理想50%，實(shí)際5～20%很好B類理想78.5%，實(shí)際40%左右有失真，有一定線性度AB類理想50-70%，實(shí)際60%較好D類理想80～90%，實(shí)際80%很好（僅適合低頻）E、F類理想100%，實(shí)際90%完全非線性功率放大器的主要性能參數(shù)

功率放大器與小信號(hào)放大器的主要區(qū)別就是小信號(hào)放大器工作在小信號(hào)狀態(tài)，一般用來提供放大的電流或者電壓；而功率放大器工作在大信號(hào)狀態(tài)，主要是提供功率輸出，同時(shí)也必須具有足夠的電流驅(qū)動(dòng)能力。對(duì)于功率放大器來說，不僅要考慮電壓增益，還要考慮功率增益。1．輸出功率射頻功率放大器的負(fù)載通常為天線，射頻天線的等效阻抗一般為50?。

射頻功率放大器的輸出功率定義為功率放大器驅(qū)動(dòng)給負(fù)載的帶內(nèi)射頻信號(hào)的總功率，并不包括諧波成分以及雜散成分的功率。2．效率

功率放大器的效率是用來衡量放大器將電源消化的功耗轉(zhuǎn)化為射頻輸出功率的能力，是衡量功率放大器性能的一個(gè)重要參數(shù)。效率有漏極效率和功率附加效率兩種表示方式。漏極效率(DrainEfficiency)：

在輸入信號(hào)作用下，直流電源提供的直流功率PDC中，一部分被轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)功率Pout,其余部分將消耗在功放電路中。放大器的漏極效率?定義為：由此可見，在輸出功率一定的條件下，提高效率就意味著電源供給功率和放大器損耗功率降低。這對(duì)于降低能源損耗，減小成本具有非常重要的意義。3.線性度

功率放大器的線性度可以根據(jù)不同的應(yīng)用而采用不同的衡量參數(shù)。比較常用的是1dB壓縮點(diǎn)和三階交調(diào)點(diǎn)。1dB壓縮點(diǎn)(P1dB)是輸出功率的性能參數(shù)。壓縮點(diǎn)越高意味著輸出功率越高。P1dB是指與在很低的功率時(shí)相比增益減少1dB時(shí)的輸入(或輸出)功率點(diǎn)。放大器有一個(gè)線性的動(dòng)態(tài)范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)，放大器的輸出功率隨輸入功率線性增加。隨著輸入功率的繼續(xù)增加，放大器進(jìn)入非線性區(qū)。功率附加效率(PowerAddedEfficiency,PAE)：其中G為功率增益即放大器的輸出信號(hào)功率與驅(qū)動(dòng)信號(hào)功率的比值

漏極效僅考慮了電源上的之流功耗轉(zhuǎn)化為射頻輸出功率的能力，而功率附加效率將功率放大器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)功率也考慮在內(nèi)，因此功率附加效能更加準(zhǔn)確地反映功率放大器的效率性能。

三階交調(diào)點(diǎn)是表示線性度或失真性能的參數(shù)。IP3高表示線性度越好和更少的失真。IP3是在基波和三階失真輸出曲線交點(diǎn)的理論輸入功率。A線是基波(有用的)信號(hào)輸出功率隨輸入功率變化的曲線，B線是三階失真輸出功率隨輸入功率變化的曲線。B線的斜率是A線斜率的3倍，理論上會(huì)與A相交。這個(gè)交點(diǎn)就是三階截取點(diǎn)。在這一點(diǎn)時(shí)假設(shè)的輸入功率就是輸入IIP3，輸出功率就是輸出OIP3。此外衡量線性度的參數(shù)還有：相鄰信道功率比(AdjacentChannelPowerRatio，ACPR),頻譜掩膜版,錯(cuò)誤向量幅度(ErrorVectorMagnitude,EVM)。衡量放大器性能指標(biāo)的還有：穩(wěn)定性，S參數(shù)等等。射頻放大器的總體電路結(jié)構(gòu)框圖功放的管子選擇集成電路的已發(fā)展到系統(tǒng)級(jí)芯片的階段。隨著CMOS工藝的不斷進(jìn)步，由于CMOS電路的低成本，低功耗，速度的不斷提高以及易集成等特點(diǎn)，MOS管在集成電路中的應(yīng)用越來越普遍。對(duì)于MOSFET的選擇我們可以假設(shè)其處于線性區(qū)：放大倍數(shù)正比于跨導(dǎo)，根據(jù)上述公式可以知道，在一定條件下，遷移率越高，其放大倍數(shù)越大。所以我們選擇NMOS。阻抗匹配在射頻電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常使用阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。為了讓放大器從信號(hào)源獲得最大的功率，需使匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗等于信號(hào)源阻抗的共軛；為了讓放大器向負(fù)載傳輸最大的功率，需使匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出阻抗等于負(fù)載阻抗的共軛。然而在功率匹配的時(shí)，雖然負(fù)載上得到的功率最大，但功率匹配時(shí)源阻抗上消耗了同負(fù)載阻抗一樣的功率。所以我們一般采用負(fù)載線匹配。

A類放大器舉例說明A類放大器的一般結(jié)構(gòu)：圖中AB線為采