射頻功放答辯答辯

射頻功率放大器設計答辯人：張斌專業(yè)：電子信息工程指導教師：張媛媛第一部分：課題的研究背景以及新發(fā)展現(xiàn)狀第二部分：基礎理論知識第三部分：射頻功率放大器的仿真及優(yōu)化答辯流程第一部分

射頻功放的研究目的以及發(fā)展現(xiàn)狀射頻功放概述

顧名思義，射頻功率放大器的主要功能是放大射頻信號，它主要應用于各種無線電發(fā)射機中。電磁波在空氣中傳播的過程中能量會逐漸的衰減，并且會遇到各種阻礙，所以功率放大器就是將已調制的載波信號進行足夠的功率放大，使得在距離天線一定的范圍之內的接收機可以接收到信號，通過解調來獲取準確的信息。射頻功率放大器的輸出功率范圍，可以小到便攜式發(fā)射機的毫瓦級，大到無線電廣播電臺的幾十千瓦，甚至兆瓦級。射頻功放的研究意義射頻功放主要應用于無線通信當中，最顯著的表現(xiàn)就是無處不在的手機，它使人與人之間的聯(lián)系更為密切也更加方便，使我們的社會變得更加的緊密，大大提升了世界的一體化進程，可以說手機已經(jīng)成為我們生活中不可或缺的一部分了。因此射頻功放的研究勢在必行。發(fā)展現(xiàn)狀

功率放大器發(fā)展至今，己經(jīng)廣泛的應用于軍用、民用通信領域?，F(xiàn)代通信的發(fā)展對帶寬、線性和效率等指標提出了更高的要求。相應的功放研究也成了未來的趨勢和熱點。隨著材料、計算機以及功放相關理論的進一步發(fā)展，可以預見指標更優(yōu)的功率放大器不久將會出現(xiàn)，并服務于無線通信領域

軍用領域：軍用電臺的語音和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、雷達、導航、定位、遙控遙測等單一或多功能作戰(zhàn)平臺

民用領域：廣播發(fā)射機、電視發(fā)射機、全球移動通信系統(tǒng)(GSM)、第三代移動通信系統(tǒng)(3G)、藍牙(Bluetooth)、無線局域網(wǎng)(WLAN)第二部分

射頻功放的基礎理論知識

射頻功放分類

根據(jù)功放場效應管的工作狀態(tài)與輸入信號周期相對比，可將功放分為以下幾類：A類：在輸入信號的整個周期內功放管都是完全導通的（理想）B類：功放管在處于導通的狀態(tài)只有輸入信號的半個周期C類：功放管在處于導通的狀態(tài)小于輸入信號的半個周期時A類B類C類性能指標功率增益：功率增益(G)表征的是功率放大器對信號的放大能力

增益平坦度:增益平坦度(ΔG)是指在相同的輸入功率情況下功率放大的輸出功率幅度隨頻率的變化而出現(xiàn)波動的范圍

效率:為保證頻帶信號無失真地通過放大電路，要求其增益頻率響應特性必須有與信號帶寬相適應的平坦寬度

噪聲系數(shù):噪聲系數(shù)(NF)的定義是輸入輸出的信噪比之比取對數(shù)

輸入輸出駐波比:輸入輸出駐波比(VSWR)表征的是在系統(tǒng)要求的阻抗下，功率放大器輸入輸出端口的阻抗匹配程度。

三階互調抑制:三階互調抑制(IM3)是指在有兩個頻率間隔較近的載波互相調制而產(chǎn)生的互調產(chǎn)物中三階分量相對于載波功率的比值

偏置電路

功率放大器設計的第一步就是確定晶體管的靜態(tài)直流工作點，偏置的作用是在特定的工作條件下為有源器件提供適當?shù)撵o態(tài)工作點，并抑制晶體管的離散性以及溫度變化的影響從而保持恒定的工作特性。

偏置網(wǎng)絡不僅要設定直流工作狀態(tài)，還要通過高頻扼流線圈和隔直電容確保直流偏置與射頻信號相互隔離。

為穩(wěn)定性判別系數(shù)，只有當式中的3個條件都滿足時，才能保證放大器是絕對穩(wěn)定的匹配技術

匹配網(wǎng)絡的用途在于當源阻抗和負載阻抗不匹配時，為了能使信號功率最大程度到達負載，通常做法是在源和負載之間插入一個無源網(wǎng)絡，通過該網(wǎng)絡使源阻抗和負載阻抗匹配。在實際設計射頻功率放大器時，匹配網(wǎng)絡的設計至關重要，他直接決定了功率放大器的好壞。負載牽引

對于功率放大器，總存在最大輸出功率和與之對應的最佳輸出阻抗。負載牽引就是利用AWR軟件中自帶的wizard腳本功能，得到輸入輸出匹配電路的端口阻抗值。功率分配

功率分配器是無源微波器件，用于功率分配或功率合成。在功率分配中，一個輸入信號被耦合器分成兩個（或多個）較小的功率信號。功率分配器最簡單的形式是三端口網(wǎng)絡，其必然滿足三端口網(wǎng)絡的一般規(guī)律?；ヒ谉o耗三端口網(wǎng)絡，各個端口不能同時匹配，也就是說，互易無耗的三端口網(wǎng)絡實現(xiàn)功分，總是會引入額外的反射；要想沒有反射，必須采用有耗的，或者非互易的三端口網(wǎng)絡。

第三部分

射頻功放的設計仿真以及優(yōu)化

要求場效應管：NXP_BLF6G21_10G

微帶基片：FR-4基板厚度1mm，介電常數(shù)4.4；

參考指標：中心頻率0.85～1GHz，帶寬15%；

輸出功率大于30dBm；

增益20dB；

三階互調小于-33dBc。

射頻功率放大器原理圖直流掃描對本次功放設計中的場效應管（NXP_BLF6G21_10G）進行直流掃描，以確定靜態(tài)工作點偏置電路對放大器采用合適的偏置是為了對其提供合適的靜態(tài)工作點，使功放管保持一個比較穩(wěn)定的工作狀態(tài)，并且要使靜態(tài)工作點要相對穩(wěn)定，不受環(huán)境溫度或功放管的工作狀態(tài)變化而變化，也不能影響功放管的噪聲或增益?；痉螷值大于0，B值小于1的要求負載牽引