射频功率放大器

1、射频功率放大器射频功率放大器(RFPA)是各种无线发射机的重要组成部分。在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。目录一、什么是射频功率放大器二、射频功率放大器技术指标三、射频功率放大器功能介绍四、射频功率放大器的工作原理五、射频放大器的芯片六、射频功率放大器的技术参数七、射频放大器的功率参数八、射频功率放大器组成结构九、射频功率放大器的种类正文一、什么是射频功率放大器射频功率放大器是发送设备的重要组成部分。射频功率

2、放大器的主要技术指标是输出功率与效率。除此之外，输出中的谐波分量还应该尽可能地小，以避免对其他频道产生干扰。射频功率放大器是对输出功率、激励电平、功耗、失真、效率、尺寸和重量等问题作综合考虑的电子电路。在发射系统中，射频功率放大器输出功率的范围可以小至mW,大至数kW,但是这是指末级功率放大器的输出功率。为了实现大功率输出，末前级就必须要有足够高的激励功率电平。射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率,是研究射频功率放大器的关键。而对功率晶体管的要求,主要是考虑击穿电压、最大集电极电流和最大管耗等参数。为了实现有效的能量传输,天线和放大器之间需要采用阻抗匹配网络。二、射频功率放大器技术指标

3、1、工作频率范围一般来讲，是指放大器的线性工作频率范围。如果频率从DC开始,则认为放大器是直流放大器。2、增益工作增益是衡量放大器放大能力的主要指标。增益的定义是放大器输出端口传送到负载的功率与信号源实际传送到放大器输入端口的功率之比。增益平坦度，是指在一定温度下，整个工作频带范围内放大器增益的变化范围，也是放大器的一个主要指标。3、输出功率和1dB压缩点(P1dB)当输入功率超过一定量值后，晶体管的增益开始下降，最终结果是输出功率达到饱和。当放大器的增益偏离常数或比其他小信号增益低1dB时，这个点就是大名鼎鼎的1dB压缩点(P1dB)。一般说放大器的功率容量，就是拿1dB压缩点来表示的了。4

4、、效率由于功放是功率元件，需要消耗供电电流。因此功放的效率对于整个系统的效率来讲极为重要。功率效率是功放的射频输出功率与供给晶体管的直流功率之比。np二射频输出功率/直流输入功率5、交调失真(IMD)交调失真是指具有不同频率的两个或者更多的输入信号通过功率放大器而产生的混合分量。这是由于功放的非线性特质造成的。其中，由于三阶交调产物离基波信号特别近，影响最大，因此交调产物中着重考虑的就是三阶交调。三阶交调产物越低越好。6、三阶交调截止点(IP3)基波信号输出功率延长线与三阶交调延长线的交点称为三阶交调截止点，用符号IP3表示。IP3也是功放非线性的重要指标。当输出功率一定时，三阶交调截止点输出

5、功率越大，功放的线性度就越好。7、动态范围功放的动态范围一般是指最小可检测信号到线性工作区最大输入功率之间的差值。自然，这个值肯定是越大越好。8、谐波失真当输入信号增加到一定程度后，功放会由于工作到了非线性区产生一系列谐波。对于大功率放大器系统中，一般需要用滤波器将谐波降至160dBc以下。9、输入/输出驻波比这也是非常重要的指标，表明功放和整个系统的匹配程度。输入、输出比变坏会导致系统的增益起伏和群时延变坏。但是高驻波比的功放是比较难以设计的，一般的系统中，都会需要要求功放的输入驻波比低于2：1。三、射频功率放大器功能介绍射频功率放大采用的是50850MHz的功放芯片SBB-2089,其实功

6、率增益可达20dB,目前收发距离可达150m左右，比较适于交通状况提示所用。在无委会允许情况下，也可进一步扩大接收距离。发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。射频功率放大器是发送设备的重要组成部分。射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。除此之外，输出中的谐波分量还应该尽可能地小，以避免对其他频道产生干扰。射频功率放大器是对输出功率、激励电平、功耗、失真、效率、尺寸和重量等问题作综合考虑的电子电路。在发射系统

7、中，射频功率放大器输出功率的范围可以小至mW，大至数kW，但是这是指末级功率放大器的输出功率。为了实现大功率输出，末前级就必须要有足够高的激励功率电平。四、射频功率放大器的工作原理目前功率放大可以通过功率放大芯片实现，但其核心还是三极管和场效应管。基于射频功率放大器通常其核心部分主要由三极管和场效应管或者MOS管构成，相信大家并不陌生。射频功率放大器不同于其它工作于甲类、乙类、丙类的电子管射频功率放大器，不需要高电压;也不同于其它低频功率放大器，没有多少带宽。丁类放大器中场效应管工作于开关状态，漏极耗散功率非常低，虽然开、关过度期工作在线性区功率很大，但工作频率高，过度期非常短，工作效率比以往

8、功率放大器大大提高，实际上就可以做到百分之九十以上。场效应管丁类放大器都是由两个或以上成对的管子组成，它们分成两组轮流导通，合作完成功率放大任务。控制场效应管工作于开关状态的激励电压可以是正弦波也可以是方波。实际电路有两种，即电流开关型和电压开关型。因为电流开关型电路中，输出电流是方波，工作频率高时场效应管开关转换时间不能忽视，所以中波广播发射机中采用电压开关型电路。分为全桥和半桥两种工作方式。桥式功放就是现在生产和运行的中波广播发射机中的射频功率放大器，桥式功放是由4个场效应管按电桥形式连接，以丁类开关放大方式工作的连接方式被叫做桥式功放，此全桥连接方式是一个H型，故又称为H型丁类放大器。全

9、桥电路是由两个半桥组合而成，左右两部分的输出与相对的合成变压器初极线圈首尾相连，这种结构类似传统推挽电路形式。两个射频功率放大器被设计成由独立电源系统供电，推动信号也是由电桥两部分各自独立输入，射频功率放大器这个半桥工作方式就被利用到预推动级。五、射频放大器的芯片射频简称RF射频就是射频电流，是一种高频交流变化电磁波，为是RadioFrequency的缩写，表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围在300KHz300GHz之间。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。高频(大于10K);射频(300K-300G)是高频的较高频段;微

10、波频段(300M-300G)又是射频的较高频段。射频技术在无线通信领域中被广泛使用，有线电视系统就是采用射频传输方式。射频芯片指的就是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形，并通过天线谐振发送出去的一个电子元器件，它包括功率放大器、低噪声放大器和天线开关。射频芯片架构包括接收通道和发射通道两大部分。六、射频功率放大器的技术参数射频功率放大器RFPA是发射系统中的主要部分，其重要性不言而喻。在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。射频功率放大器的主要技术指标是：1、

11、频率范围：放大器的工作频率范围是选择器件和电路拓扑设计的前提。2、增益：是放大器的基本指标。按照增益可以确定放大器的级数和器件类型。G(db)=10log(Pout/Pin)=S21(dB)3、增益平坦度和回波损耗VSWR2.0orS11,S22-10dB4、噪声系数：放大器的噪声系数是输入信号的信噪比与输出信号的信噪比的比值，表示信号经过放大器后信号质量的变坏程度。NF(dB)=10log(Si/Ni)/(So/No)七、射频放大器的功率参数现代的无线通信中，射频设备的使用相当普及，而射频放大器在设备中起粉至关重要的作用，放大器中有关功率参数的测t也引起相当的重视，而在实际的研发生产中对功率

12、参数的理解和应用存在一定的误解，下面就一个放大器的特性来说明相关功率参数的含义和应用。在描述一个放大器时，基本的参数有增益和最大输出电平(功率)。为对增益有较为准确的描述，引入线性特性的参数来衡t，通常用ldB压缩点对应输入功率和线性垠小输入电平来表示，两者之差就是放大器的输入动态范围。对于ldB压缩点，在GSM直放站标准YD汀952一1998中是这样描述的：ldB压缩点输出功率是指放大器在增益下降ldB时，对应此时的输入功率，用图示方法表示是指当时的实际输出功率比理想的线形放大器对应的输出功率小ldB。为进一步描述线性度。还有一个指标就是增益步长误差，表示的是当输入变化单位信号强度时输出是否

13、也变化相同的大小。一个实际的放大器，由于物理特性和噪声的影响，当输入电平太小时不能保持有线性状态。因此引入最小输出电平的概念。通常认为输出比噪声电平高3dB时对应的输入电平为最小输入电平。放大器的输出噪声功率为：P=kTBGF。八、射频功率放大器组成结构整个链路，包括三大部分，输入匹配电路，输出匹配电路和偏置电路，对于匹配电路，我们可以利用一下辅助性的工具，例如ADS等大致匹配到某个频段，这个频段通常是窄频，然后进行适当的微调，就能调出相对较好的指标。匹配电路已经在芯片内部匹配完善，我们只是需要添加适当的隔直电容，如图C7和C8，L1和C8构成了直流偏置电路，C1，C2，C3是电源滤波电容。隔

14、直电容在放大器中通常是需要的，它的大小影响着工作频段的截止频率，简单来说，由于趋肤效应，电容在高频状态下会呈现一定的高频效应，这里的电容不仅仅是简单的电容了，它相当于一个高通滤波器，隔直电容通常选取100pF,1000pF或者0、01uF,电容越小，截止频率越高，高频损耗越大，反之，电容容量越大，截止频率低，高频损耗小。再看偏置部分，电感L越大，截止频率越低，但是高频特性较差，容易出现谐波，电感越小，截止频率越高，高频特性好。通常这里的电感如果不是匹配用，通常在100nH以上，电感容量应该大于此处的供电电流，如果供电电流较大，就必须选择封装大一点的电感。如果对增益平坦度要求较高的话，就可以考虑采用加锥形电感的方式，搭配高频电容，这种方式做的BIAS-teE通常能满足要求。九、射频功率放大器的种类射频功率放大器可分为高增益放大器、低噪声放大器、中-高功率放大器。放大器电路的核心是微波晶体管。射频功率放大器的工作频率很高，但相对频带较窄，射频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。射频功率放大器